高达9万公里！电影中的太空电梯
最近《流浪地球2》火遍全网，不少观众看完惊呼“中国科幻电影从此站起来了”，而如果要评选里面最震撼的一段画面，剧中高达9万公里的太空电梯一定名列前茅。
然而最令人惊异的不是它的高度超过近地轨道卫星，而是，这种构想在现代科学家的手中，其实已经初具雏形了！假以时日，它说不定真的可以出现在我们的生活中，而不仅仅是在科幻电影中供人瞻仰。
加来道雄博士的构想
其实太空电梯的想法由来已久，人们一直想利用一种低成本的方式，有效地把人或货物从地球或其他星球表面运输到太空空间中。
早在1895年，火箭之父康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基就提出了这一理论。不过长久以来，它仅仅停留在了一种科学幻想上，因为上升方法实在是太过梦幻，而且也实在是找不到任何一种合适的材料来制造足够强度的缆绳。
然而美籍日裔物理学家加来道雄博士可并不这么认为。他觉得看似那些不可能的科学幻想，一旦我们找到合适的方法，就一定可以梦想成真。这将决定人类的命运并有可能改变我们现有的生活。
加来道雄博士可以说是当代与霍金不相上下的理论物理学家，他最早提出的弦理论至今在学界广有影响。与此同时，他又是一个作家，在美国探索频道主持的《科幻成真》节目中，加来道雄就大胆阐述了自己认为太空电梯可行性的假设。
他认为太空电梯完全可以利用离心机的原理。就好比绑在绳子上的球，在一个圆圈中载着重物旋转，然后再将它抛射到空中。
这种方法看似确实可行，地球的引力可以避免球体掉落到地面，而地球旋转又足以维持缆线一直保持在空中，一旦这个缆线延伸到了天际，任何沿着这条缆线进行的电梯，都将能进入太空。这条缆线简直成了印度魔术中的通天绳了。
令人沮丧的现实
然而梦想是美好的，现实却是残酷的，如果运用牛顿力学定律一算就会知道，这条缆线所受的张力比一般的钢铁还要大，如果材料不够结实，突然折断，那可就不是咱们坐电梯从6楼跌到一楼那么简单的了。
刚才说了太空电梯缆线的难点，不少科学家就想了，难道就没有其他办法了么？
1957年俄国科学家尤里·阿特苏塔诺夫就提出了一个颠覆性的想法。我们的太空电梯能不能从上往下修建啊。谁规定的电梯一定要从下往上修？
我们完全可以先派一艘太空船进入轨道，然后我们将一条缆线垂直顺下，固定到地面上不就完了么。然而这一想法看似修建过程是简单了，还是没有解决抗张力材料的问题。
合适的材料
过去数十年来，加来道雄博士也在寻找能不能用一种特殊的材料，来制造太空电梯所需要的缆线。直到最近几年，碳纳米管的出现，让太空电梯的梦想有可能实现了。
碳纳米管是由相互之间以碳-碳σ键结合起来，最终形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。可以说是目前已知物质中张力最强的，远超过钢铁，足以支撑起太空电梯的张力。
材料是找到了，但接下来的问题也来了，我们通过什么办法才能打造出像《流浪地球2》那样足足有9万公里长的纯纳米管道呢？因为目前科学家们还只能制造出少数几公分长的纯纳米管，距离9万公里可谓是相差甚远。
2009年，科技终于迎来了新的突破。莱斯大学的科学家们可以通过纤维挤压的方式，终于可以把不同长短的碳纳米管拼接了起来，使得人们制造任意长度的碳纳米管成为可能。
只不过若是用数十亿条碳纳米管编制而成，那样的管道就并不纯粹了，它们只是纤维相互挤压在一起而编制而成的，材料的韧性远不及纯纳米管。
虽然不能用来做太空电梯，但这项发明已经可以用来制作高压输电缆，因为碳纳米管具有超常的强度、热导率、磁阻，且性质会随结构的变化而变化，可由绝缘体转变为半导体、由半导体变为金属；而且碳纳米管的导电性能要优于铜，重量轻，不易出故障。
新的问题
虽然目前这项研究还是不能被应用到太空电梯的制作上，但至少让人们看到了曙光。然而此时，加来道雄博士提醒大家，还有更多的实际问题需要考虑。
首先就是缆线将延伸到远超过多数近地卫星轨道的高度，那么这些低于缆线高度的卫星在围绕地球运行时，总有那么一天会被缆线缠住，造成撞击，这可是不小的损失啊。
而且这些卫星通常可都是以时速万八千里的速度绕行，一次碰撞就可能酿成毁灭性的灾难啊！加来道雄博士想出的解决方法倒也简单，在电梯的两旁安装特殊的火箭，一旦卫星靠近，就利用火箭的推力，将缆线给推开。
然而另一个棘手的问题又来了，那就是狂暴天气的影响，如台风、暴风雨和闪电等。
因为太空电梯必须固定在地面上，它可能是一艘停在海面上的航空母舰，也可能坐落于太平洋的探井石油平台上，但如果它想要对抗恶劣的自然天气，它就必须得能够移动才行。
与此同时，电梯中还必须得有紧急按钮和逃生舱，以防外一缆线断裂时产生意外。一旦发生意外，电梯必须能够滑动，或者以降落伞得形式落回地面，谁也不想从九万公里的高空当自由落体一样落下。
目前的研究
为了鼓励这项研究，美国NASA已经对多个研究项目提供了奖励。其中一个名叫【镭射驱动】的科研团体的成果遥遥领先。
他们制造了一台可以射出强大光能量的镭射机。而他们的太空电梯，大概1米宽，一面装上了很大的镜子，发射时，镭射光束会照射到这个镜子上，然后传递给里面一系列的太阳能电池。
太阳能电池会将镭射能转换为电力。电力将推动一个马达，推动电梯在一条很短的缆线上进行爬升。他们的创新在于，你不需要电缆垂悬在太空电梯上提供电力了，你只需要在地球上将镭射光投向电梯，电梯就能在电缆上自行的攀爬了。
2018年9月，日本首次通过H-2B火箭把两颗微型卫星送上了太空，首次在国际空间站中进行了太空电梯实验。他们通过10米长的钢缆将两个边长同样为10米的方形微型卫星连接起来，缆绳上装置模拟太空电梯的容器，并以马达进行驱动。
研究人员通过移动容器，来模拟太空电梯的实际工作原理，并记录下相关运动数据。以便为今后能在2050年前实现太空电梯的建设做准备。
一旦该计划成功，在海上建立的太空电梯基地将采用6个椭圆形的载具，将30人以每小时200公里的速度送上太空。而这一过程预计将持续8天。
当然，目前人类对于太空电梯的探索还只是万里长征第一步，但正如物理界的那句名言所说：凡并非不可能之物皆是必然！通过人类的不断努力，科学技术的进步，我们终有一天能够实现太空电梯的伟大梦想。
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