從月球到火星，甚至更遠，人類究竟能到達宇宙的何處？
目前，無論人類將要奔向太空的哪個地方，都少不了運載火箭的幫助。這需要花費龐大的資金。隨著科學技術的不斷進步，在未來的太空運輸交通系統中，運載火箭或將被一種更節能且更安全的技術代替，它就是目前日本正在開發的“太空電梯”。
▲“太空電梯”想象圖
“太空電梯”最先由蘇聯科學家於19世紀末根據艾菲爾鐵塔的設計提出，但因製造太空電梯需要超強材料，長期以來，它只是作為一個科幻般的概念存在。1991年碳納米管的問世，使這一概念變成可能。
2007年，日本率先設立由專家組成的“太空電梯協會”，並對此展開研究。太空電梯可在赤道附近以時速200公里的速度上升，直到抵達36000公里外所建造的居住和研究設施內。這些設施以太陽能發電來獲取能源。按照設計，“太空電梯”由兩條電纜控制，長度約9.6萬公里，相當於地球到月球距離的1/4。為使電梯能夠避開地球引力爬升至36000公里處的地球同步軌道（中轉站），必須由兩條行程相反的電纜來控制。這樣，“太空電梯”才能進行人員和物資運輸。
“太空電梯”最關鍵的作用是替代火箭向太空輸送探測器和飛船。與火箭發射飛船需要擺脫地球引力的速度不同，由於“太空電梯”的中轉站和電纜與同步衛星一樣繞地球轉動，因此只要將飛船運送至中轉站放出，飛船就可以像被投出去的鏈球一樣獲得擺脫地球引力的速度。有估算稱，“太空電梯”運送和釋放飛船的成本要比火箭減少兩位數。這對未來有效解決火箭發射高成本這一太空開發領域的瓶頸顯然是非常有利的。 
目前，用來向太空輸送物資和航天員的運載火箭存在許多問題，其中最主要的是對地球環境造成影響。以固體燃料為動力源的火箭發射時排放出的氯氣會與臭氧層發生化學反應，並有可能令臭氧層變得稀薄。另外，太空火箭為擺脫大氣層需使用大量燃料，作為一種運輸手段來說效率非常差。而且，火箭搭載的有效載荷也只有其自重的百分之幾。
但是，“太空電梯”就不同了。升降機不僅在下降時可以回收利用上升過程中所用能量，而且還可以藉助外部能源加速。因此，它在向太空運送物資等的效率遠比火箭高。日本航空宇宙學會軌道電梯研討委員會委員青木義田教授稱，隨著今後太空垃圾不斷增多，火箭發射將變得越來越困難。如果使用“太空電梯”在地球同步軌道或更高處釋放衛星，人類將不再使用大型運載火箭來發射衛星進入預定軌道。另外，火箭發射易受天氣影響，在向太空輸送物資時，往往要選擇好天氣。而“太空電梯”則不同，它不太受天氣影響，可以在大多數天氣狀況下運送物資。因此，“太空電梯”很有可能成為取代火箭作為人類向太空輸送物資的手段。另外，由於“太空電梯”能在地球和太空間輸送人員和物資，因此有望被用於地球之外的領域的資源挖掘和輸送，以及運送建造宇宙太陽能發電站所需物資等。
▲美國太空電梯概念圖
大致估算，“太空電梯”中轉站和電纜的造價約為10萬億日元，相當於建造一條磁懸浮幹線的費用。因此，一旦“太空電梯”的優點被廣泛認知，完全可以進行實際操作。不過，據估計電纜從設計到施工需要約20年的時間，其中將電纜運送到地球同步軌道並安裝兩條行程相反的電纜需要約1年，剩下19年是逐漸將電纜加粗。製造電纜的材料將使用比鐵輕的強力碳納米管（CNT）。最初用火箭將長約9.6萬公里、最大橫截面為48mm、厚度為0.004mm、重達20噸的電纜送入地球靜止軌道。之後，升降機在沿電纜爬升的同時不斷反覆地將成捲成卷的碳納米管纏繞在電纜上，直到將電纜增至1.38mm厚為止。這樣的電纜可以承受重達100噸的升降機升降。 
專家稱，假設從2030年開始製造電纜，那麼“太空電梯”或將在2050年開始啟用。但是，“太空電梯”不應由一國單獨完成並使用。因為這將使該國壟斷太空相關產業，並面臨敵對國破壞電纜的危險。所以說，“太空電梯”構想不應是一項難以在確保世界和平的情況下獨立實現的計劃，應該是一項由世界各國相互協調並推進的計劃。
不過，目前“太空電梯”的製造技術尚不成熟，還需要解決許多技術難題，最重要的就是電纜。要製造長約9.6萬公里的電纜，需要使用CNT結晶，但目前的技術只能將CNT製成最薄的3釐米。要製造如此長的電纜，需要2至3個研發團隊，而且還需要掌握防止電纜受到隕石、太空垃圾及射線傷害的技術。升降機如果要沿著電纜爬升，據目前技術看只有採用多個滑輪自行移動來實現。但是，目前人類尚未掌握向升降機提供無線電力的技術，因此今後需要加緊這一技術的研發。 
對於人類而言，地球正變得越來越狹小。有預測稱，到2050年全球人口將突破90億，人類屆時在太空尋找居住場所或旅行將不再是科學幻想。為實現用“太空電梯”將人類送入太空這一宏偉目標，日本“太空電梯協會”正在積極展開活動。在這項活動中，最為獨特的是“太空電梯”技術競賽。2013年起，該競賽更名為“太空電梯挑戰賽”，用氦氣球從高空懸掛拴繩的方式來測試升降機性能。在2012年第4屆挑戰賽中，日本大學入江研究室研製的升降機在16個比賽隊中脫穎而出，創下了爬升780米的記錄。同時，該升降機還創下了平均上升速度達54公里/小時及105公里/小時的瞬間最快上升速度。雖然這一挑戰賽所使用的升降機並不能成為真正的“太空電梯”，但通過競賽 掌握的技術和經驗卻能為今後“太空電梯”的製造提供幫助，實現人類真正的“太空遊”。
▲2012年第四屆“太空電梯挑戰賽”
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