从月球到火星，甚至更远，人类究竟能到达宇宙的何处？
目前，无论人类将要奔向太空的哪个地方，都少不了运载火箭的帮助。这需要花费庞大的资金。随着科学技术的不断进步，在未来的太空运输交通系统中，运载火箭或将被一种更节能且更安全的技术代替，它就是目前日本正在开发的“太空电梯”。
▲“太空电梯”想象图
“太空电梯”最先由苏联科学家于19世纪末根据艾菲尔铁塔的设计提出，但因制造太空电梯需要超强材料，长期以来，它只是作为一个科幻般的概念存在。1991年碳纳米管的问世，使这一概念变成可能。
2007年，日本率先设立由专家组成的“太空电梯协会”，并对此展开研究。太空电梯可在赤道附近以时速200公里的速度上升，直到抵达36000公里外所建造的居住和研究设施内。这些设施以太阳能发电来获取能源。按照设计，“太空电梯”由两条电缆控制，长度约9.6万公里，相当于地球到月球距离的1/4。为使电梯能够避开地球引力爬升至36000公里处的地球同步轨道（中转站），必须由两条行程相反的电缆来控制。这样，“太空电梯”才能进行人员和物资运输。
“太空电梯”最关键的作用是替代火箭向太空输送探测器和飞船。与火箭发射飞船需要摆脱地球引力的速度不同，由于“太空电梯”的中转站和电缆与同步卫星一样绕地球转动，因此只要将飞船运送至中转站放出，飞船就可以像被投出去的链球一样获得摆脱地球引力的速度。有估算称，“太空电梯”运送和释放飞船的成本要比火箭减少两位数。这对未来有效解决火箭发射高成本这一太空开发领域的瓶颈显然是非常有利的。 
目前，用来向太空输送物资和航天员的运载火箭存在许多问题，其中最主要的是对地球环境造成影响。以固体燃料为动力源的火箭发射时排放出的氯气会与臭氧层发生化学反应，并有可能令臭氧层变得稀薄。另外，太空火箭为摆脱大气层需使用大量燃料，作为一种运输手段来说效率非常差。而且，火箭搭载的有效载荷也只有其自重的百分之几。
但是，“太空电梯”就不同了。升降机不仅在下降时可以回收利用上升过程中所用能量，而且还可以借助外部能源加速。因此，它在向太空运送物资等的效率远比火箭高。日本航空宇宙学会轨道电梯研讨委员会委员青木义田教授称，随着今后太空垃圾不断增多，火箭发射将变得越来越困难。如果使用“太空电梯”在地球同步轨道或更高处释放卫星，人类将不再使用大型运载火箭来发射卫星进入预定轨道。另外，火箭发射易受天气影响，在向太空输送物资时，往往要选择好天气。而“太空电梯”则不同，它不太受天气影响，可以在大多数天气状况下运送物资。因此，“太空电梯”很有可能成为取代火箭作为人类向太空输送物资的手段。另外，由于“太空电梯”能在地球和太空间输送人员和物资，因此有望被用于地球之外的领域的资源挖掘和输送，以及运送建造宇宙太阳能发电站所需物资等。
▲美国太空电梯概念图
大致估算，“太空电梯”中转站和电缆的造价约为10万亿日元，相当于建造一条磁悬浮干线的费用。因此，一旦“太空电梯”的优点被广泛认知，完全可以进行实际操作。不过，据估计电缆从设计到施工需要约20年的时间，其中将电缆运送到地球同步轨道并安装两条行程相反的电缆需要约1年，剩下19年是逐渐将电缆加粗。制造电缆的材料将使用比铁轻的强力碳纳米管（CNT）。最初用火箭将长约9.6万公里、最大横截面为48mm、厚度为0.004mm、重达20吨的电缆送入地球静止轨道。之后，升降机在沿电缆爬升的同时不断反复地将成卷成卷的碳纳米管缠绕在电缆上，直到将电缆增至1.38mm厚为止。这样的电缆可以承受重达100吨的升降机升降。 
专家称，假设从2030年开始制造电缆，那么“太空电梯”或将在2050年开始启用。但是，“太空电梯”不应由一国单独完成并使用。因为这将使该国垄断太空相关产业，并面临敌对国破坏电缆的危险。所以说，“太空电梯”构想不应是一项难以在确保世界和平的情况下独立实现的计划，应该是一项由世界各国相互协调并推进的计划。
不过，目前“太空电梯”的制造技术尚不成熟，还需要解决许多技术难题，最重要的就是电缆。要制造长约9.6万公里的电缆，需要使用CNT结晶，但目前的技术只能将CNT制成最薄的3厘米。要制造如此长的电缆，需要2至3个研发团队，而且还需要掌握防止电缆受到陨石、太空垃圾及射线伤害的技术。升降机如果要沿着电缆爬升，据目前技术看只有采用多个滑轮自行移动来实现。但是，目前人类尚未掌握向升降机提供无线电力的技术，因此今后需要加紧这一技术的研发。 
对于人类而言，地球正变得越来越狭小。有预测称，到2050年全球人口将突破90亿，人类届时在太空寻找居住场所或旅行将不再是科学幻想。为实现用“太空电梯”将人类送入太空这一宏伟目标，日本“太空电梯协会”正在积极展开活动。在这项活动中，最为独特的是“太空电梯”技术竞赛。2013年起，该竞赛更名为“太空电梯挑战赛”，用氦气球从高空悬挂拴绳的方式来测试升降机性能。在2012年第4届挑战赛中，日本大学入江研究室研制的升降机在16个比赛队中脱颖而出，创下了爬升780米的记录。同时，该升降机还创下了平均上升速度达54公里/小时及105公里/小时的瞬间最快上升速度。虽然这一挑战赛所使用的升降机并不能成为真正的“太空电梯”，但通过竞赛 掌握的技术和经验却能为今后“太空电梯”的制造提供帮助，实现人类真正的“太空游”。
▲2012年第四届“太空电梯挑战赛”
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