太空電梯照進(jìn)現(xiàn)實(shí)還有多遠(yuǎn)

文｜黃馳涵

人們總是盼望著，在未來的某一天，能夠坐著“天梯”去太空。電影《流浪地球2》中的太空電梯給了我們希望。太空電梯有著精美、炫酷的視覺效果，尤其是它起飛和降落的場(chǎng)面，給觀眾帶來了巨大的視覺震撼。這樣一個(gè)宏偉的設(shè)想，在現(xiàn)實(shí)中真的能實(shí)現(xiàn)嗎？

太空電梯的歷史淵源

相信很多人都是在看到劉慈欣的著作《流浪地球》之后才知道太空電梯，然而，太空電梯的真實(shí)歷史要久遠(yuǎn)得多。

早在1895年，著名的火箭專家和宇航先驅(qū)者康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基在參觀完巴黎的埃菲爾鐵塔之后，突發(fā)奇想：如果在地面上建立一座超高的鐵塔，直通地球同步軌道，內(nèi)設(shè)電梯，那么人類不就可以搭載電梯進(jìn)入太空了嗎？

真正從技術(shù)角度描述了太空電梯問題的是科幻作家亞瑟·查理斯·克拉克。據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，亞瑟·查理斯·克拉克在1978年出版的《天堂之泉》中曾描寫過關(guān)于太空電梯的構(gòu)想，人們可乘電梯去太空觀光并運(yùn)送貨物。“如果空間的物體能夠保持與地面的相對(duì)靜止，那么為什么不能從這個(gè)物體上方架設(shè)一條纜索，用它把宇宙連結(jié)起來呢？”亞瑟·查理斯·克拉克曾這樣說，而太空電梯就是對(duì)亞瑟設(shè)想的一個(gè)完美呈現(xiàn)。

太空電梯的電影拍攝

“在地球的夜空中，移動(dòng)的星星日益增多，那是人類在太空軌道上的大型建筑物。”這是劉慈欣小說《三體》中的內(nèi)容?！耙苿?dòng)的星星”以火箭般的速度往來于太空與地球之間，它以這種優(yōu)雅而高效的方式替代了傳統(tǒng)的火箭發(fā)射，讓人類真正開啟對(duì)宇宙的探索與建設(shè)，它其實(shí)就是太空電梯。

電影《流浪地球2》中的太空電梯高聳入云，是當(dāng)之無愧的通天塔，僅僅預(yù)告片中的驚鴻一現(xiàn)就相當(dāng)驚艷，電影院中的觀影效果更讓觀眾大呼過癮。在航天科普界有一句戲言：“只要給發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，板磚也能飛上天?！敝鲃?chuàng)團(tuán)隊(duì)也許是為了致敬這句話，把太空電梯的橋箱設(shè)計(jì)成了一個(gè)“大號(hào)板磚”。

在制作過程中，電影《流浪地球2》整個(gè)團(tuán)隊(duì)都潛心于對(duì)太空電梯的體量感、重工業(yè)質(zhì)感以及現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)做精細(xì)的研究，盡最大可能讓觀眾感受到太空電梯的氣勢(shì)磅礴。制片人龔格爾表示，希望用盡量貼合現(xiàn)實(shí)的科學(xué)設(shè)計(jì)，讓觀眾盡可能相信這是可能實(shí)現(xiàn)的。美術(shù)指導(dǎo)郜昂更將太空電梯比作“宇宙級(jí)高速公路”，其恢弘震撼可見一斑。視效總監(jiān)徐建表示，影片中的太空電梯采用分段式動(dòng)力推進(jìn)：第一階段是發(fā)動(dòng)機(jī)噴射，后一階段是通過磁力抓取，最終完成和空間站的對(duì)接。導(dǎo)演郭帆在談及太空電梯的拍攝過程時(shí)這樣說：“這么龐大的一個(gè)場(chǎng)景，要運(yùn)動(dòng)的話，底下就鋪滿了彈簧以及電機(jī)。當(dāng)它開動(dòng)起來就像拖拉機(jī)一樣，手都在震。”

太空電梯的建設(shè)難度

既然太空電梯那么方便，那為什么至今還沒有實(shí)現(xiàn)呢？最大的“攔路虎”其實(shí)是在它的纜繩材料選擇上。從地面到35 786千米高度的超長(zhǎng)纜繩自重很大，綜合折算需要在地面重力下承受4 960千米長(zhǎng)度自重的材料，這就需要極高抗拉強(qiáng)度和低密度的特種材料。目前可實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的抗拉強(qiáng)度最高的碳纖維材料，抗拉強(qiáng)度只有7吉帕斯卡左右，斷裂長(zhǎng)度約數(shù)百千米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足太空電梯纜繩的需求。

2013年，清華大學(xué)魏飛教授團(tuán)隊(duì)將生長(zhǎng)每毫米長(zhǎng)度碳納米管的催化劑活性概率提高到99.5%以上后，成功制備出了單根長(zhǎng)度超過半米且具有完美結(jié)構(gòu)的碳納米管。2021年12月，中國(guó)、俄羅斯等國(guó)家科學(xué)家組成的國(guó)際研究小組在《科學(xué)》雜志撰文指出，使用一種插入電子顯微鏡的獨(dú)特工具，制造出了一種超微型晶體管，為太空電梯帶來了一線曙光。

然而在實(shí)際應(yīng)用中仍然會(huì)碰到各種各樣的問題，比如在太陽風(fēng)暴和地磁風(fēng)暴發(fā)生時(shí)，會(huì)感應(yīng)出足以燒毀設(shè)備的電涌，如何消弱這種電磁效應(yīng)？太空中沒有空氣，太空電梯纜繩受到的太陽光輻射、電梯轎廂摩擦產(chǎn)生的熱量只能通過輻射散熱，如何避免過熱燒熔？意外事件突發(fā)時(shí)，比如太空垃圾碰撞、太空電梯卡住、轎廂墜落等，如何制定緊急逃生方案？從理論到工程實(shí)踐，太空電梯還有一個(gè)巨大的跨度。

盡管有許多問題亟待解決，但是向往著遙遠(yuǎn)星空的我們并不會(huì)畏懼。太空電梯的出現(xiàn)，必將改寫整個(gè)人類的文明史，把整個(gè)文明史割裂為兩半。一半是嬰幼兒期，活在搖籃里；另一半是成長(zhǎng)期，離開搖籃，走向無限的世界。

太空電梯什么時(shí)候能建成呢？“大概在大家不再笑話它的50年后吧?！?/p>