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

新京報訊 搭乘電梯直通太空，聽起來像是科幻小說的情節，但是日本科學家正努力將此變為現實。本月日本將進行迷你版太空電梯實驗，這將是世界首個測試電梯在太空中運動的實驗。日本科研團隊的目標是2050年建成太空電梯，屆時將乘客帶到3.6萬千米的高空旅行。

用碳納米管制作纜繩連接地面和太空

據日媒《每日新聞》報道，日本靜岡大學工學部的科研團隊與日本建設公司大林組合作開發了迷你版太空電梯，將視天氣情況在本月進行實驗。負責研發的日本靜岡大學教授能見公博表示，實驗將用一段10米長的鋼制纜繩，連接2顆邊長為10厘米的小型立方體衛星。這2顆衛星將搭乘H2B火箭7號機從鹿兒島縣種子島宇宙中心前往國際空間站。在纜繩上，研究人員將嘗試利用電機驅動一個模擬電梯升降艙的盒子，使其在纜繩上來回移動。安裝在衛星上的照相機將會記錄，盒子如何在實際的宇宙空間中移動，以此測試太空電梯模型的可行性。靜岡大學的研發團隊表示，雖然是迷你版太空電梯實驗，但如果能夠在宇宙空間確認運行情況，將會成為實現構想的第一步。

參與太空電梯實驗的日本建設公司大林組還在單獨推進研發工作。據大林組公司網站介紹，他們構想用碳納米管制作纜繩，6組升降電梯依靠電動機在其上運行，升降艙將建成直徑為7.2米的雞蛋狀，可承載30人。電梯從地面出發，預計8天到達空間站。該公司評估這一套太空電梯系統大約需要20年的建造時間，耗價約10萬億日元。大林組的太空電梯研發組負責人石川洋二接受《朝日新聞》采訪時表示：“太空電梯從理論上來說可以實現。未來，太空旅行將盛行。”

太空電梯將大大節約太空運輸成本

太空電梯的想法最早由俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基于1895年提出，他提議在地球靜止軌道上建設一個太空城堡，用一根纜繩將地面與城堡相連，以此實現太空運輸。1979年英國作家阿瑟·克拉克將這個概念寫入了科幻小說《天堂的噴泉》，引起了公眾的廣泛關注。在科幻作家劉慈欣的作品《三體》中，也有關于太空電梯的描述。其實太空電梯的基本原理就是，用一條長纜繩，其一端固定在地球上，另一端固定在地球靜止軌道(距離地面約3.6萬千米)上運行的航天器或者空間站上，在引力和向心加速度的相互作用下，纜繩會繃緊，一個類似于電梯的升降艙在纜繩兩端上下運動。

本世紀初，隨著新材料的不斷出現，太空電梯的構想不再那么遙不可及，來自美國、日本、俄羅斯等各國的科學家紛紛開始探索，因為一旦建成將大大節約太空運輸成本。日本是最積極的國家之一，10年前就集結了各路專家組成“日本太空電梯協會”，對此展開研究。2013年，日本教授青木義男試制的“登山者”電梯在富士山山麓進行實驗，電梯成功升到了地上1200米的高度。但由于日本法律的限制，不可進行更高海拔高度的測試。日本太空電梯協會會長大野修一認為，太空電梯將是人類探索太空資源的必要工具。

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太空電梯比火箭有何優勢？

人類現在進入外太空只能依靠火箭運輸，不僅運輸成本高昂，而且會對地球環境造成影響。據彭博社，目前的國際商業衛星發射中，每千克荷載的運輸成本約2.5萬－4萬美元之間。日本建設公司大林組預估，太空電梯建成后，每千克荷載的運輸成本約為200美元。

中國航天科工集團第二研究院研究員、國際宇航聯空間運輸委員會秘書長楊宇光說，如果太空電梯建造成功，意義絕對不局限于太空觀光旅游。首先，人類現在進入太空最大的障礙就是成本過高，太空電梯能近乎百倍地降低費用。這樣的話，人類可以把大量的物資運入太空。其次，太空電梯更加安全。火箭必須要以極高的速度進入太空，面對的環境極其惡劣，而且對宇航員來說也非常危險。如果搭乘太空電梯，可以非常平穩地進入太空。

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建造太空電梯有何難點？

太空電梯概念提出已有100多年，至今仍未實現，這個項目在實際操作中究竟存在多大的困難？據世界科技研究新聞資訊網(PHYS.org)，太空電梯的重要組成部分是纜繩，而纜繩的材質問題是建造過程中首先遇到的障礙。雖然碳納米管的誕生帶給科學家很大的希望，它的強度是鋼鐵的20多倍，但是目前制作碳納米管的技術還比較差。

天體物理學博士、科普作家孫正凡表示，建造太空電梯在材料、動力、維護、成本等方面都存在困難。我們現在對材料有各種設想，包括碳納米管，但是如何把這些材料打造成符合太空電梯長度、強度、重量比要求的纜繩，還是個未知數。日本進行迷你版太空電梯實驗，可以通過檢驗這個模型來考察理論與實際存在多大的差距。短期內還無法實現構想，但是科學技術的突破是無法預見的，必須一步一步地進行可行性實驗。

楊宇光表示，除了材料之外，太空電梯建造過程中還需要考慮如何躲避太空碎片的問題，以及可能會有其他衛星撞上來，最終可能會發生電梯被撞斷裂的情況。另外，地球的轉動并不是完全規則的，因此太空電梯隨之運轉的過程中可能遇到各種問題。

釋疑3

實現太空電梯還要多久？

日本科研團隊進行太空電梯的實驗備受矚目，很多人甚至開始幻想乘坐電梯進行太空觀光的場景。不過，以目前的進展，太空電梯究竟什么時候可以實現？

楊宇光表示，日本科學家目前所做的實驗只能說是和太空電梯的相關技術沾邊，距離真正實現還很遙遠。因為人類目前還沒有找到在工程上可行的方案。如果未來某一天有革命性技術出現，開發出了新的材料，它的強度比碳納米管還要高上萬倍，那么建造太空電梯就比較容易了，但是現在無法預見。也有人提出在其他星球建造太空電梯，這也是有可能的，但是現在所有的研究都是一種概念研究，完全貼近工程的研究還沒有。

楊宇光指出，即使無法實現3.6萬千米的太空電梯，如果能夠在地面建造一座一二百公里高的高塔，也是非常有意義的。因為從地面運送物體去太空需要穿過大氣層，這個過程復雜且代價高昂，如果火箭不從地面起飛，而是通過高塔上升到百公里的高度起飛，不僅節省燃料，而且起飛的環境也改善了，那樣就變成了真空環境。建造這樣一座高塔相比于太空電梯來說更容易，但是目前還實現不了。

本版采寫/新京報記者 陳沁涵