长达36000公里！《流浪地球2》里的太空电梯，到底能实现吗？

春节档《流浪地球2》热播，又掀起了一波科幻热。在这部电影中，有一种建筑非常有趣，那就是太空电梯。

在电影中，只要乘坐太空电梯，就可以直升入太空。太空电梯的概念在刘慈欣的另一部作品《三体》中也有所提及，可见它确实是未来的趋势之一。

那么，现实生活中，真的有可能会出现这样的建筑吗？

(资料图片)

说起来你可能不信，太空电梯的概念在一百多年前就已经有了，被后世誉为“航天之父”的前苏联科学家齐奥尔科夫斯基提出了这个设想。

时至今日，太空电梯不仅仅是科学家灵机一动提出的设想，更是具有极高的价值。国际宇航科学院（IAA）曾经分析过，如果太空电梯能够实现，那么人类将地球上的物品送到太空的成本将会由每公斤20000美元降到仅仅500美元，可以说降幅相当可观。

除此之外，太空电梯也更加便捷。在这里发射航天器，可以利用地球的自转直接获得巨大的线速度，大幅提高人类的航天能力，帮助我们更快地建设空间站、太空发电站等设施。

因此，早在1999年的时候，美国宇航局就曾经认真考虑过这项技术。近些年来，也有其他一些机构尝试建造。

想要建造太空电梯，首先要想的就是建在哪、通向哪的问题，这两个问题其实是同一个问题。

太空电梯的终点必须和地面保持恒定的相对位置，否则电梯就会损坏。也就是说，它的终点只有一个，那就是地球同步轨道上的卫星。如果是其他轨道的卫星，就会因为运行而脱离太空电梯。更不要提太空电梯直通月球了，地球自转周期是一天，月球公转周期是一个月，这样的电梯必然会折断。

因此，太空电梯只能建在赤道，并且为了触及地球同步轨道，其高度必须达到36000公里。对，你没看错，是公里。

这么高的距离，就算太空电梯再快，花费的时间也不少。有人认为，太空电梯的时速可以达到200公里，即便速度这么快，也要7天左右才能完成一次单程。

问题在于，别看地球赤道的周长有差不多40000公里，实则陆地非常少，大部分都是海洋。好在根据科学家的分析，太空电梯不一定要建造在陆地上，也可以建设海面基站。

即便如此，海面基站的选址也要考虑地震带等问题。目前公认比较好的选址，就是国际日期变更线（也就是180°经线，大部分位于太平洋）以东、美洲大陆以西的区域。

这是在地球，科学家甚至已经畅想未来人类在月球、火星、土卫六等天体上建造太空电梯的画面了。如果人类真的能够占领太阳系其他天体，那么同样需要发射航天器，同样需要降低发射成本，自然也就有太空电梯发挥的舞台。

为什么太空电梯这么好，却直到现在都没有投入使用呢？答案很简单，那就是难度太大了。别说实际操作，仅仅从理论上，人类目前就无法实现太空电梯。别的不提，仅仅是材料，目前就没有。

按照大家的直觉，太空电梯只要把缆绳从太空投下来不就行了吗？虽然36000公里有点长，但是咱们慢慢建造呗。可是，人类不仅是造不出这么长的缆绳，就算是能造出来，缆绳也不能用，因为目前的材料都太脆弱了。

你能想到的材料，第一个自然是钢铁。不过，当它足够长的时候，仅仅是自身的重力，就足以将它拉断。就算加粗，也没有任何效果，因为重量也增加了。研究表明，钢铁的断裂长度仅有6.4公里，远远达不到太空电梯的要求。

目前人类已知能够用来建造太空电梯的材料，大概就只有碳纳米管了。碳纳米管不仅材质结实，而且非常轻，许多物理、化学性能也都非常优异，被科学家们寄予厚望。

这种材料好则好矣，还是有其严重的缺陷的，那就是人类还很难制备这种材料。2013年，清华大学的一支团队制备出了迄今为止最长的一根碳纳米管，其长度也仅有0.5米，距离36000公里有天壤之隔。就算人类能造出这么长的碳纳米管，我们也只能保证其强度达标，其他方面的性能如何，仍然有待验证。

除了碳纳米管之外，还有一种材料有足够的强度，这种材料叫碳炔。和碳纳米管相比，碳炔更过分，因为这种物质早在1885年就被预言，直到今天别说制备，连发现都还没有发现……

太空电梯面临的问题不止这一个，还有很多。想一想，我们如何能够将物体垂直送到3.6万公里的高空呢？目前，科学家们提出了三种方案，第一种是像传统电梯一样的动力；第二种是像火箭一样利用助推器升空，《流浪地球2》中的太空电梯就有这样的助推器；第三种是利用激光。不论是哪一种方法，都有一定的缺陷，目前还无法解决。

哦对了，我们一直在提的36000公里，还只是同步卫星的高度。实际情况是，为了保持平衡，防止太空电梯被甩出去，卫星还要朝上方甩出一定的长度作为配重。这个长度目前说法不一，比较普遍的说法是长达100000公里，也就是地月距离的1/4左右，这对人类来说就更加难以实现了……

还有，太空电梯这么高，怎么保证它的安全性？除了大气层内的飞机之外，还有太空中的航天器，都要避开太空电梯。这些飞行器至少还有动力装置，但太空中还有数以万计的太空垃圾，有些能够追踪，有些甚至连看都看不到。别看它们体型小，一旦撞上太空电梯，造成的破坏是我们无法承受的，这些问题又该如何解决？

因此，太空电梯的选址安排在海上反而有优势，那就是可以更加灵活地躲避太空垃圾。像《流浪地球2》那样在陆地上建造太空电梯，确实不太安全。即便人类能清理太空垃圾，还有各种近地小天体的威胁存在。另外，如果电影里的太空电梯建在海上，空间站坠落时造成的伤亡也会小得多。

总而言之，太空电梯有它独特的优势，但和其他航天技术相比，它距离实现还太过遥远。等到人类的科技达到建造太空电梯的水平时，其他方面的航天能力恐怕也更加强大。

根据NASA先进概念研究所（NASA Institute for Advanced Concepts，简称NIAC）的预算，第一座太空电梯的造价可能达到400亿美元。而真正尝试太空电梯技术的日本建筑公司大林组曾经提出，要在2050年左右实现太空电梯的技术。不过，这两个数据的可靠性，都值得推敲，大林组目前的研究进度更是没什么新闻，估计是路越走越窄了。

和太空电梯相比，还是月球基地更接近现实一些，至少十年之内我们差不多就能动工了。如果真的按照《流浪地球》的时间线发生灾难，人类是来不及建造太空电梯的。

责任编辑：