进入电梯，按下按钮，人类就可以直达太空，这是不是很炫酷？也许，现在我们距离太空旅行就差一座太空电梯了。什么是太空电梯？看过科幻电影或科幻小说的同学对它一定不陌生，那么，人类真的能像其中描绘的那样，乘坐电梯轻松抵达太空吗？

缘起：太空电梯的最初构想

在科幻电影《流浪地球2》中，一部高耸入云的太空电梯给观众带来了巨大的视觉震撼。乘坐这部电梯，即便是普通人也可以前往空间站，一睹宇宙的风采。事实上，人类的太空电梯梦已有百年，最早可以追溯到19世纪末期，俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基在参观埃菲尔铁塔时受到启发，提出可以在地球赤道上建造一座直达太空的铁塔，并在其内部搭建电梯的构想。后来，世界各国纷纷对太空电梯展开了探索与研究。

那如何建造太空电梯呢？其实它和建造普通电梯的原理相似：需要长长的缆索，一端固定在地表基站上，另一端固定在运行于地球静止轨道的平衡物（如大型卫星或空间站）上。在引力和向心加速度的相互作用下，缆索被绷紧，电梯就能沿着缆索上下运动了。

在《流浪地球2》中，太空电梯的地表基站是一座位于加蓬的巨大路基设施，而在现实中，基站应位于赤道地区且最好是海上可移动站点。因为基站位于赤道地区可以确保整个系统的重心处于所需求的轨道，可移动站点则能够有效规避各种天气问题和轨道碎片。轨道站点是整个太空电梯系统的最顶端，是作为配重来平衡电梯自身重力的，位于赤道上空约36000千米处。

研制太空电梯的最大挑战，是要开发出数万千米长的超强缆索，制造缆索的材料必须具备超高拉伸强度，不仅要能够承受得住地心引力和离心力的双重拉扯，还要能够经受得住大气层内外向它袭来的任何物体的撞击。

但截至目前，太空电梯依旧停留在人们的想象中，人类的“登天”之路面临着前所未有的考验。

今生：太空电梯已有雏形

《流浪地球2》中，人们用太空电梯运输人员和物资的场面十分震撼，细心的同学们可能已经发现，这部直达太空的电梯首先由电磁弹射起步，然后以火箭发动机推动运行。而在现实生活中，用火箭来推动太空电梯运行实在是大材小用。假设没有火箭的“加持”，仅靠电磁弹射技术，太空电梯还能成功运行吗？

近期，中国科学院空间应用工程与技术中心正式启动运行了一种可以用电磁弹射实现微重力的实验装置，这是迄今为止最接近太空电梯的一种装置，被称为太空电梯雏形。它的内部是一个类似电梯的钢架结构，在中间的“轿厢”位置有一个圆筒形、可以上下移动的装置，这就是实验舱。在电磁弹射技术的帮助下，实验舱被垂直加速到预定速度后释放，舱体便沿着导轨垂直弹射，数秒后回落到地面。这一过程为舱内装载的实验载荷构建了时长4秒的微重力环境。

透过摄像装置我们可以看到，实验舱内烧杯里的液体瞬间飘浮至半空，形成一个个球形滴液，这便是微重力环境（失重状态）。微重力环境是一种独特且珍贵的科学实验条件，长期的微重力环境目前只能在太空中获得。此次4秒电磁弹射微重力实验装置各方面表现十分优秀，完全达到了国际先进水平。未来，待更大规模的实验装置建成并成功运行，到那时人们或许可以进入实验舱内体验一把模拟太空旅行。

未来：太空电梯的技术挑战

根据美国国家航空航天局（NASA）提出的标准，制备太空电梯所需要的材料单位质量上的强度至少要达到7.5吉帕。2018年，我国科研团队利用超长碳纳米管制成的管束的抗拉强度达到了80吉帕，单位质量上的强度也高达50吉帕，远超NASA提出的标准。这样看来，只要我们能够生产出足够长的碳纳米管作为缆索，就可以着手建造太空电梯了！

然而，难题再次摆在了科学家们的面前——就目前的技术而言，还不能实现大批量的超长碳纳米管制备。但科技的发展总会不断给人类带来曙光，当超长碳纳米管能够大批量制备时，制造一根长达数万千米的太空电梯缆索将成为可能。

国际太空电梯联盟主席彼得·斯旺说，未来太空电梯将会作为永久性物流基础设施，成为人类探索宇宙的新通道。和成本高、费时费力的运载火箭相比，太空电梯的运行成本极低，并且不会产生宇宙垃圾。

毫无疑问，太空电梯一旦建成，我们不仅可以到空间站观赏，还可以为空间站的航天员输送物资，人类的太空探索之旅也将迎来动人心魄的转折点！

建造太空电梯虽然困难重重，但科学家们仍在努力并相信它未来可期。愿未来能有一部高耸入云的天梯穿破遥远的云层，傲然屹立于天地之间，助力人类实现大规模进入太空的宏愿。

【E学课堂】

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