日本測試“太空電梯” 太空旅行有多遠？

　　2050年或將建成太空電梯，可將乘客帶到3.6萬千米高空旅行

　　搭乘電(dian)梯(ti)直通太(tai)空(kong)，聽起來像是科幻小說(shuo)的(de)(de)情節，但是日(ri)本科學家正努力將此變為現實。本月(yue)日(ri)本將進行迷你版太(tai)空(kong)電(dian)梯(ti)實驗，這將是世(shi)界(jie)首(shou)個測試電(dian)梯(ti)在太(tai)空(kong)中運動的(de)(de)實驗。日(ri)本科研團隊的(de)(de)目標是2050年(nian)建成太(tai)空(kong)電(dian)梯(ti)，屆時將乘客帶到3.6萬千米的(de)(de)高空(kong)旅行。

　　用碳納米管制作纜繩連接地面和太空

　　據日(ri)媒《每日(ri)新(xin)聞》報道，日(ri)本(ben)(ben)靜岡大學(xue)工學(xue)部的(de)科研團隊與(yu)日(ri)本(ben)(ben)建(jian)設公(gong)司大林組合作開(kai)發(fa)了(le)迷你版太(tai)空(kong)電(dian)梯(ti)，將(jiang)視天(tian)氣情況在(zai)本(ben)(ben)月進行實驗(yan)。負責研發(fa)的(de)日(ri)本(ben)(ben)靜岡大學(xue)教授能見公(gong)博表示，實驗(yan)將(jiang)用(yong)一段(duan)10米長的(de)鋼制纜繩(sheng)，連接2顆邊長為10厘米的(de)小型(xing)立方體衛星。這2顆衛星將(jiang)搭乘(cheng)H2B火箭7號機(ji)從鹿(lu)兒島縣種(zhong)子島宇(yu)宙(zhou)中心前(qian)往國際空(kong)間站。在(zai)纜繩(sheng)上(shang)(shang)，研究人員將(jiang)嘗試(shi)(shi)利用(yong)電(dian)機(ji)驅動一個模擬(ni)電(dian)梯(ti)升降艙的(de)盒子，使其在(zai)纜繩(sheng)上(shang)(shang)來回移動。安裝在(zai)衛星上(shang)(shang)的(de)照相機(ji)將(jiang)會記錄，盒子如何(he)在(zai)實際的(de)宇(yu)宙(zhou)空(kong)間中移動，以此(ci)測試(shi)(shi)太(tai)空(kong)電(dian)梯(ti)模型(xing)的(de)可行性。靜岡大學(xue)的(de)研發(fa)團隊表示，雖(sui)然是迷你版太(tai)空(kong)電(dian)梯(ti)實驗(yan)，但如果能夠在(zai)宇(yu)宙(zhou)空(kong)間確認(ren)運行情況，將(jiang)會成為實現構想的(de)第一步。

　　參(can)與太(tai)空電(dian)梯(ti)(ti)(ti)實(shi)驗的日(ri)本建設(she)公司大林(lin)組(zu)還在單獨推進研發工作。據(ju)大林(lin)組(zu)公司網站(zhan)(zhan)介紹，他們(men)構想(xiang)用碳納米(mi)管(guan)制作纜繩，6組(zu)升降電(dian)梯(ti)(ti)(ti)依靠電(dian)動機在其(qi)上運行(xing)，升降艙將建成直徑(jing)為(wei)7.2米(mi)的雞蛋狀(zhuang)，可(ke)(ke)承載30人(ren)。電(dian)梯(ti)(ti)(ti)從(cong)(cong)地面出發，預計8天到達空間站(zhan)(zhan)。該公司評(ping)估這一套太(tai)空電(dian)梯(ti)(ti)(ti)系統(tong)大約需(xu)要20年的建造(zao)時間，耗價約10萬億(yi)日(ri)元。大林(lin)組(zu)的太(tai)空電(dian)梯(ti)(ti)(ti)研發組(zu)負責(ze)人(ren)石川洋二接受《朝日(ri)新聞》采訪時表示(shi)：“太(tai)空電(dian)梯(ti)(ti)(ti)從(cong)(cong)理(li)論上來說可(ke)(ke)以實(shi)現。未(wei)來，太(tai)空旅行(xing)將盛行(xing)。”

　　太空電梯將大大節約太空運輸成本

　　太(tai)(tai)空(kong)電梯(ti)的(de)(de)(de)想(xiang)法(fa)最(zui)早由(you)俄羅斯(si)科(ke)學家康斯(si)坦丁·齊奧爾科(ke)夫斯(si)基于(yu)1895年提出，他提議(yi)在地(di)球靜止軌道上建設一(yi)(yi)個太(tai)(tai)空(kong)城(cheng)(cheng)堡，用(yong)一(yi)(yi)根纜繩(sheng)(sheng)將地(di)面與城(cheng)(cheng)堡相(xiang)連，以此實現(xian)太(tai)(tai)空(kong)運輸(shu)。1979年英國作(zuo)家阿(a)瑟·克(ke)拉克(ke)將這個概念寫入了科(ke)幻小說《天(tian)堂的(de)(de)(de)噴泉》，引起了公眾的(de)(de)(de)廣(guang)泛關注。在科(ke)幻作(zuo)家劉慈欣的(de)(de)(de)作(zuo)品《三體(ti)》中，也有關于(yu)太(tai)(tai)空(kong)電梯(ti)的(de)(de)(de)描述(shu)。其(qi)實太(tai)(tai)空(kong)電梯(ti)的(de)(de)(de)基本原(yuan)理就是(shi)，用(yong)一(yi)(yi)條長(chang)纜繩(sheng)(sheng)，其(qi)一(yi)(yi)端固定在地(di)球上，另(ling)一(yi)(yi)端固定在地(di)球靜止軌道（距離(li)地(di)面約3.6萬千米(mi)）上運行的(de)(de)(de)航(hang)天(tian)器(qi)或者(zhe)空(kong)間站上，在引力和向心加速(su)度的(de)(de)(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)下，纜繩(sheng)(sheng)會繃(beng)緊(jin)，一(yi)(yi)個類似于(yu)電梯(ti)的(de)(de)(de)升降艙在纜繩(sheng)(sheng)兩(liang)端上下運動。

　　本(ben)(ben)世紀初，隨著(zhu)新(xin)材料的(de)(de)(de)(de)不斷(duan)出(chu)現，太(tai)空(kong)電(dian)梯的(de)(de)(de)(de)構想不再那(nei)么遙不可及(ji)，來自美國、日本(ben)(ben)、俄羅斯等各國的(de)(de)(de)(de)科學家紛(fen)紛(fen)開(kai)(kai)始探索，因為(wei)一(yi)旦建(jian)成將大大節約(yue)太(tai)空(kong)運輸成本(ben)(ben)。日本(ben)(ben)是(shi)最積極(ji)的(de)(de)(de)(de)國家之一(yi)，10年(nian)前就集結了各路專家組(zu)成“日本(ben)(ben)太(tai)空(kong)電(dian)梯協會”，對此展開(kai)(kai)研究。2013年(nian)，日本(ben)(ben)教授(shou)青(qing)木(mu)義(yi)男試(shi)制的(de)(de)(de)(de)“登山(shan)者”電(dian)梯在富士山(shan)山(shan)麓(lu)進行(xing)實驗，電(dian)梯成功升到了地上1200米(mi)的(de)(de)(de)(de)高度(du)。但(dan)由于(yu)日本(ben)(ben)法律的(de)(de)(de)(de)限制，不可進行(xing)更(geng)高海拔高度(du)的(de)(de)(de)(de)測試(shi)。日本(ben)(ben)太(tai)空(kong)電(dian)梯協會會長(chang)大野修一(yi)認為(wei)，太(tai)空(kong)電(dian)梯將是(shi)人類(lei)探索太(tai)空(kong)資源的(de)(de)(de)(de)必要(yao)工具。

　　釋疑1

　　太空電梯比火箭有何優勢？

　　人類現在進入外(wai)太(tai)空只能依靠火(huo)箭運(yun)(yun)輸(shu)(shu)，不(bu)僅運(yun)(yun)輸(shu)(shu)成(cheng)(cheng)本高昂，而(er)且(qie)會對地球環境造成(cheng)(cheng)影(ying)響。據彭博社，目前的國際商業衛星發射中(zhong)，每千(qian)克荷載的運(yun)(yun)輸(shu)(shu)成(cheng)(cheng)本約(yue)2.5萬(wan)－4萬(wan)美(mei)(mei)元(yuan)之間(jian)。日本建(jian)設公司大(da)林組預估，太(tai)空電梯建(jian)成(cheng)(cheng)后，每千(qian)克荷載的運(yun)(yun)輸(shu)(shu)成(cheng)(cheng)本約(yue)為200美(mei)(mei)元(yuan)。

　　中國(guo)航(hang)天科(ke)工集團第(di)二研究院(yuan)研究員(yuan)(yuan)(yuan)、國(guo)際宇航(hang)聯空間(jian)運輸(shu)委員(yuan)(yuan)(yuan)會秘書長楊宇光說，如(ru)果太(tai)(tai)空電(dian)梯(ti)建造(zao)成(cheng)功，意(yi)義絕對(dui)不局限于太(tai)(tai)空觀(guan)光旅游。首(shou)先，人類現在進入太(tai)(tai)空最大的(de)(de)障礙就是(shi)成(cheng)本過高(gao)(gao)，太(tai)(tai)空電(dian)梯(ti)能近乎(hu)百倍地降(jiang)低費用(yong)。這樣的(de)(de)話，人類可以把(ba)大量的(de)(de)物資(zi)運入太(tai)(tai)空。其(qi)次，太(tai)(tai)空電(dian)梯(ti)更加安(an)全。火箭必須要以極高(gao)(gao)的(de)(de)速度進入太(tai)(tai)空，面對(dui)的(de)(de)環(huan)境極其(qi)惡劣，而且對(dui)宇航(hang)員(yuan)(yuan)(yuan)來(lai)說也非常危險。如(ru)果搭乘太(tai)(tai)空電(dian)梯(ti)，可以非常平穩地進入太(tai)(tai)空。

　　釋疑2

　　建造太空電梯有何難點？

　　太空(kong)電梯(ti)概念提出已有100多年，至今仍未實現，這個項目在(zai)實際操(cao)作(zuo)中究竟存在(zai)多大(da)(da)的(de)(de)(de)困難？據世界科(ke)技研究新聞資訊(xun)網（PHYS.org），太空(kong)電梯(ti)的(de)(de)(de)重(zhong)要組成部分是纜繩(sheng)(sheng)，而(er)纜繩(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)材質問題是建造(zao)過程(cheng)中首先遇到的(de)(de)(de)障礙。雖然碳納米管的(de)(de)(de)誕生帶(dai)給科(ke)學(xue)家很(hen)大(da)(da)的(de)(de)(de)希望，它的(de)(de)(de)強度(du)是鋼鐵(tie)的(de)(de)(de)20多倍(bei)，但(dan)是目前制作(zuo)碳納米管的(de)(de)(de)技術(shu)還比較差。

　　天(tian)體物(wu)理(li)學(xue)博(bo)士、科(ke)普作家孫(sun)正(zheng)凡表示，建造(zao)(zao)太(tai)空(kong)(kong)電梯在(zai)材(cai)料(liao)、動(dong)力、維護、成(cheng)(cheng)本(ben)等方面都存(cun)在(zai)困難(nan)。我們現在(zai)對材(cai)料(liao)有各種設想，包(bao)括碳納米管，但是(shi)如何(he)把(ba)這些材(cai)料(liao)打造(zao)(zao)成(cheng)(cheng)符合太(tai)空(kong)(kong)電梯長度(du)、強度(du)、重量比要求的(de)(de)纜繩，還是(shi)個未(wei)知數。日本(ben)進(jin)行(xing)迷你版太(tai)空(kong)(kong)電梯實(shi)驗，可(ke)以通過檢(jian)驗這個模型來考察(cha)理(li)論與實(shi)際存(cun)在(zai)多大的(de)(de)差距(ju)。短期內還無法實(shi)現構(gou)想，但是(shi)科(ke)學(xue)技術的(de)(de)突破(po)是(shi)無法預見的(de)(de)，必須一步一步地進(jin)行(xing)可(ke)行(xing)性(xing)實(shi)驗。

　　楊宇光表示，除了材料(liao)之外，太(tai)空(kong)電梯(ti)建造過程(cheng)中還需要考慮如何躲避太(tai)空(kong)碎片的問題(ti)，以及(ji)可能(neng)(neng)會有其(qi)他衛(wei)星(xing)撞上來，最終可能(neng)(neng)會發生電梯(ti)被撞斷裂(lie)的情況。另外，地球的轉(zhuan)動并不是完全規則(ze)的，因此(ci)太(tai)空(kong)電梯(ti)隨之運轉(zhuan)的過程(cheng)中可能(neng)(neng)遇到各種問題(ti)。

　　釋疑3

　　實現太空電梯還要多久？

　　日(ri)本科研團隊進行(xing)太空電(dian)(dian)梯(ti)的實驗備受矚(zhu)目(mu)，很多人甚至(zhi)開(kai)始幻想乘坐電(dian)(dian)梯(ti)進行(xing)太空觀(guan)光的場(chang)景。不過(guo)，以(yi)目(mu)前(qian)的進展(zhan)，太空電(dian)(dian)梯(ti)究竟什(shen)么時候可以(yi)實現？

　　楊宇光(guang)表示(shi)，日本(ben)科學家目前所做(zuo)的(de)(de)實(shi)驗(yan)只能說是和(he)太空電梯的(de)(de)相關技(ji)術沾邊，距(ju)離真正實(shi)現還很遙遠。因(yin)為人類目前還沒(mei)有(you)(you)找到(dao)在(zai)工程上可行的(de)(de)方(fang)案。如果未來某(mou)一天有(you)(you)革命性技(ji)術出(chu)現，開發出(chu)了(le)新的(de)(de)材料，它的(de)(de)強(qiang)度(du)比(bi)碳納米管(guan)還要高上萬倍(bei)，那(nei)么建造太空電梯就比(bi)較(jiao)容(rong)易了(le)，但(dan)是現在(zai)無(wu)法(fa)預見。也有(you)(you)人提出(chu)在(zai)其(qi)他星球建造太空電梯，這(zhe)也是有(you)(you)可能的(de)(de)，但(dan)是現在(zai)所有(you)(you)的(de)(de)研(yan)究(jiu)都(dou)是一種概念研(yan)究(jiu)，完全貼近工程的(de)(de)研(yan)究(jiu)還沒(mei)有(you)(you)。

　　楊宇(yu)光指(zhi)出，即(ji)使無法實現3.6萬千(qian)米的太空(kong)電梯，如(ru)果能(neng)夠在地(di)(di)面建(jian)造一座一二(er)百公里高(gao)(gao)(gao)的高(gao)(gao)(gao)塔，也(ye)是(shi)非常有意義的。因為從地(di)(di)面運送物(wu)體去(qu)太空(kong)需要穿過大氣層，這(zhe)個過程(cheng)復(fu)雜且代(dai)價高(gao)(gao)(gao)昂，如(ru)果火箭不從地(di)(di)面起飛，而是(shi)通過高(gao)(gao)(gao)塔上升到百公里的高(gao)(gao)(gao)度(du)起飛，不僅節(jie)省燃料(liao)，而且起飛的環境(jing)也(ye)改(gai)善了，那樣就變成了真空(kong)環境(jing)。建(jian)造這(zhe)樣一座高(gao)(gao)(gao)塔相比于太空(kong)電梯來說更容易(yi)，但是(shi)目(mu)前(qian)還實現不了。（記者 陳沁(qin)涵）