中秋前夕，一則“世界首個(gè)太空電梯即將發(fā)射”的消息出現(xiàn)在許多媒體上，難道乘“太空電梯”登月的夢(mèng)想真要實(shí)現(xiàn)了嗎?其實(shí)，事情的由頭是本月23日發(fā)射的日本宇宙航空研發(fā)機(jī)構(gòu)JAXA貨運(yùn)飛船HTV-7，它在種子島太空中心用H-IIB火箭發(fā)射前往國(guó)際空間站，這是現(xiàn)役世界第一重的貨運(yùn)飛船，可達(dá)16.5噸。

一次常規(guī)太空發(fā)射被“太空電梯”搶了眼球，那么，真實(shí)情況到底如何?所謂“太空電梯”又是否具有可行性?

這一次“太空電梯”到底是什么

太空電梯是個(gè)很完美的科幻概念，早在19世紀(jì)末期，人類(lèi)火箭之父齊奧爾科夫斯基就已經(jīng)提出了這個(gè)美好的設(shè)想：普通人能像乘坐電梯一樣，借助一根連接天地的繩纜，自由且低成本往返太空。

那么，這一次被許多媒體炒作的所謂“太空電梯”到底是什么?其實(shí)它的全稱(chēng)是空間系留自主機(jī)器人衛(wèi)星-迷你電梯(簡(jiǎn)稱(chēng)STARS-Me)，這已經(jīng)是STARS實(shí)驗(yàn)系列衛(wèi)星第四次任務(wù)。迷你電梯其實(shí)是個(gè)昵稱(chēng)，它真正的功能并非如此，真相如下。

日本已經(jīng)執(zhí)行了六次國(guó)際空間站的貨運(yùn)任務(wù)，且JAXA擁有國(guó)際空間站上希望號(hào)實(shí)驗(yàn)艙、儲(chǔ)藏艙、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)艙和機(jī)械臂。HTV可以運(yùn)送重達(dá)6.2噸的貨物，遠(yuǎn)超國(guó)際空間站貨運(yùn)主力進(jìn)步號(hào)的2.4噸，在執(zhí)行基本任務(wù)需求時(shí)夾帶一些其他貨物也是常態(tài)。本次HTV-7任務(wù)就額外攜帶了STARS-Me，SPATIUM-I和RSP-00三個(gè)技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星。

STARS系列任務(wù)都用來(lái)驗(yàn)證一種空間應(yīng)用的技術(shù)：系留衛(wèi)星或者系繩衛(wèi)星。它的原理是通過(guò)繩纜從母衛(wèi)星釋放一顆子衛(wèi)星，或者雙星進(jìn)行伴飛，能自由釋放、收回并重復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)各種科學(xué)和工程研究目標(biāo)，先后有香川大學(xué)、靜岡大學(xué)等參與。

STARS的特色在于低成本的微小衛(wèi)星編隊(duì)：兩顆微小、猶如魔方大小(10厘米邊長(zhǎng)的立方形)的衛(wèi)星通過(guò)一根約10米的細(xì)鋼纜相連。這次的任務(wù)之所以叫作迷你電梯，是因?yàn)殇摾|上還將有一個(gè)小滑塊可以在鋼纜上移動(dòng)，視覺(jué)上有一種“電梯”的效果，因而得名，但可以確定的是這跟太空電梯的理念毫無(wú)關(guān)系。

STARS-Me任務(wù)由靜岡大學(xué)主要負(fù)責(zé)研發(fā)。畢竟只是兩個(gè)衛(wèi)星加在一起幾千克的極小任務(wù)，它的真實(shí)作用還是基本的技術(shù)驗(yàn)證和教育教學(xué)，主要用于通過(guò)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)接收輔助判斷衛(wèi)星狀態(tài)：兩顆衛(wèi)星都能直接與地面通信，它們之間的距離和姿態(tài)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)接收出現(xiàn)細(xì)微的偏差，在地面的接收站可以通過(guò)兩股信號(hào)的多普勒頻移、比特率、信噪比對(duì)比等反推這個(gè)小型編隊(duì)的姿態(tài)和距離信息。

中間的“電梯廂”(6×3×3厘米尺寸，比雞蛋還小)帶有藍(lán)牙功能，能夠通過(guò)其中一顆衛(wèi)星與地面通信，也會(huì)出現(xiàn)在兩顆衛(wèi)星的互拍中。它能夠在繩纜上緩慢移動(dòng)，作為測(cè)試任務(wù)的額外標(biāo)的，也能驗(yàn)證雙星+滑塊的技術(shù)可行性，從這個(gè)角度的確是世界首例，但它更科學(xué)的叫法應(yīng)該是滑塊。整體上這個(gè)任務(wù)只是個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性質(zhì)的小型任務(wù)。

毫無(wú)疑問(wèn)，太空電梯是個(gè)大大的噱頭，引發(fā)了全世界關(guān)注，也引出了每個(gè)新聞稿里都會(huì)出現(xiàn)的大林組建設(shè)公司。作為日本最大的房地產(chǎn)企業(yè)，大林組建造了日本無(wú)數(shù)的摩天大樓，太空電梯概念一直以來(lái)是他們宣傳的重要方向。部分資助這么一個(gè)大學(xué)里的小型科研項(xiàng)目并不昂貴，卻收獲了萬(wàn)千讀者的關(guān)注，可謂是一次成功的品牌曝光。

太空電梯確曾有很多設(shè)想和努力

相比而言，人類(lèi)的現(xiàn)有航天運(yùn)載器往往存在著造價(jià)過(guò)高的問(wèn)題，理論上講長(zhǎng)期運(yùn)送效率并不高。例如，人類(lèi)歷史上運(yùn)送能力最強(qiáng)的火箭是土星五號(hào)，它可以把接近140噸貨物運(yùn)送到近地軌道，但造價(jià)卻高達(dá)驚人的12億美元(換算成今日美元價(jià)格)。而如果建成太空電梯，這個(gè)價(jià)格可以節(jié)省數(shù)百倍。即便是高昂的太空電梯建造價(jià)格，比起陸地火箭發(fā)射場(chǎng)的昂貴建設(shè)價(jià)格也不見(jiàn)得處于劣勢(shì)。

相比復(fù)雜的航天發(fā)射系統(tǒng)，太空電梯可以簡(jiǎn)單至僅需支撐結(jié)構(gòu)、貨/客箱、平衡錘和繩纜結(jié)構(gòu)。要保證整條太空電梯系統(tǒng)的重心處在與地球自轉(zhuǎn)完全同步的點(diǎn)上，才能實(shí)現(xiàn)基本穩(wěn)定。這個(gè)點(diǎn)就是地球同步軌道、高達(dá)35786千米：在這里圍繞地球一周的時(shí)間恰好是24小時(shí)，電梯因而可以保持固定形狀和周期。

如果太空電梯能夠做成，無(wú)疑將極大改變?nèi)祟?lèi)航天歷史，普通人也將會(huì)有一覽太空風(fēng)景的機(jī)會(huì)。這項(xiàng)技術(shù)甚至可以廣泛應(yīng)用到人類(lèi)開(kāi)發(fā)月球、火星甚至更遠(yuǎn)的世界，因而曾有無(wú)數(shù)科研項(xiàng)目與此相關(guān)。

1959年，蘇聯(lián)航天專(zhuān)家阿特蘇塔諾夫曾經(jīng)提出，首先發(fā)射一顆衛(wèi)星到達(dá)35786千米高的地球同步軌道，在使用平衡錘的情況下，可以從衛(wèi)星上釋放一條繩索經(jīng)過(guò)數(shù)月抵達(dá)地球表面并建立一條太空電梯。然而，以當(dāng)時(shí)的技術(shù)根本不可能有足夠好的材料建造，要知道即便是這個(gè)長(zhǎng)度的風(fēng)箏線(xiàn)也需要數(shù)千噸，更何況是平衡錘，這個(gè)量級(jí)至少翻倍。無(wú)論當(dāng)時(shí)還是今日，人類(lèi)的航天能力都遠(yuǎn)不能發(fā)射如此重的載荷。

1966年，著名的《科學(xué)》雜志有一篇論文：根據(jù)太空電梯的設(shè)想研究其對(duì)材料的需求。后來(lái)發(fā)現(xiàn)即便是當(dāng)時(shí)已知的最強(qiáng)材料——石墨、石英、金剛石——全部各項(xiàng)指標(biāo)融合在一起，都遠(yuǎn)無(wú)法保證太空電梯的強(qiáng)度需求，更何況當(dāng)時(shí)并沒(méi)有任何一種技術(shù)能夠加工出如此的材料，關(guān)于太空電梯的熱情便告一段落。

1990年，隨著碳納米管的研究出現(xiàn)突破，美國(guó)國(guó)家航空航天局曾經(jīng)在馬歇爾空間中心組織了一次研討會(huì)論證這種新型材料的應(yīng)用潛力，其中一項(xiàng)便是建造太空電梯的可能性。不過(guò)這個(gè)研討會(huì)無(wú)疾而終，因?yàn)榭茖W(xué)家們經(jīng)過(guò)分析還是認(rèn)為現(xiàn)實(shí)技術(shù)距離需求差得太遠(yuǎn)了。

2000年，NASA資助了科學(xué)家愛(ài)德華關(guān)于太空電梯的預(yù)研項(xiàng)目，他提出建造一種長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)千米的碳納米管結(jié)構(gòu)繩索太空電梯，同時(shí)做出了大量工程設(shè)計(jì)，例如防御對(duì)流層天氣、高層帶電粒子等，相比此前有了很大突破，例如降低了對(duì)材料的應(yīng)力需求。然而后來(lái)發(fā)現(xiàn)還是不具有可行性，工程和技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，最終該項(xiàng)目黯然退場(chǎng)。

隨著商業(yè)航天和新材料技術(shù)的發(fā)展，也有很多公司重新研究起了太空電梯的可行性，幾乎每一年都有新的太空電梯設(shè)計(jì)方案競(jìng)賽。其中集大成者是著名互聯(lián)網(wǎng)公司谷歌神秘的X實(shí)驗(yàn)室，繼續(xù)嘗試攻克碳納米管構(gòu)建長(zhǎng)距離繩索的可能性，然而在投入不明數(shù)量的資金后發(fā)現(xiàn)，人類(lèi)現(xiàn)有技術(shù)連建造一根僅1米長(zhǎng)的繩索都無(wú)法滿(mǎn)足，最終完全放棄了太空電梯的夢(mèng)想。

太空電梯設(shè)想困難重重難克服

綜合來(lái)看，“太空電梯”的設(shè)想雖然美好，但實(shí)際上幾乎是不可行的，面臨著各種無(wú)法克服的障礙，比如：

為保證重心在地球同步軌道，在這個(gè)軌道外側(cè)(超過(guò)地球靜止軌道)需要配比一個(gè)質(zhì)量巨大的平衡錘，重量需達(dá)到萬(wàn)噸級(jí)別。人類(lèi)目前最強(qiáng)大的火箭僅能運(yùn)送10-15噸級(jí)別載荷到此軌道;

電梯運(yùn)行期間會(huì)受到各種攝動(dòng)干擾，為保持重心穩(wěn)定需要對(duì)這個(gè)巨大的平衡錘進(jìn)行靈活控制，它的質(zhì)量已經(jīng)遠(yuǎn)超人類(lèi)能控制的航天器極限——國(guó)際空間站(420噸);

被繃緊的纜繩需要承受巨大的應(yīng)力，人類(lèi)現(xiàn)有最強(qiáng)材料碳納米管有一定應(yīng)用可能，但它僅是實(shí)驗(yàn)室中存在的材料，無(wú)法量產(chǎn)，科學(xué)家們只能制造出極微量的實(shí)驗(yàn)品，且花費(fèi)是天價(jià);

即便是碳納米管，它的長(zhǎng)徑比也在1000：1級(jí)別(對(duì)比普通材料20：1已有極大提升)，對(duì)比太空電梯的超長(zhǎng)纜繩要求依然不夠;

不僅強(qiáng)度問(wèn)題，繩纜不同位置由于重力加速度和圍繞地球運(yùn)動(dòng)速度不同，受到的切向應(yīng)力也大不相同，人類(lèi)尚無(wú)一種靈活的材料能滿(mǎn)足這些要求;

地球大氣干擾巨大。大氣包含對(duì)流層、平流層、中間層、電離層等，對(duì)流層有風(fēng)雨雷電，平流層有橫向風(fēng)，中間層有劇烈溫度梯度和對(duì)流，電離層有高能粒子和磁暴等人類(lèi)完全未知的空間天氣現(xiàn)象;

電梯廂并不簡(jiǎn)單。航天中但凡從無(wú)人變成載人，都意味著成本陡增，人是所有航天探索中最脆弱的環(huán)節(jié)。太空電梯要進(jìn)入太空，面臨復(fù)雜的大氣環(huán)境和宇宙輻射環(huán)境，電梯的防護(hù)要極端嚴(yán)格，而這無(wú)疑需要一個(gè)巨大的電梯廂，進(jìn)而要求增大繩纜的應(yīng)力、強(qiáng)度、尺寸，形成無(wú)解死循環(huán)。

所以說(shuō)，“太空電梯”設(shè)想雖然美好，但基本上沒(méi)有什么可行性，與其把目光放在這樣的噱頭上，還不如踏踏實(shí)實(shí)把精力放在開(kāi)發(fā)現(xiàn)實(shí)可行的航天技術(shù)上。

關(guān)鍵詞： 電梯 只是 夢(mèng)想