)太空升降舱
太空升降舱模式图太空升降舱（SPACE ELEVATOR）是一根将空间站和地球连接起来的缆绳，人员和设备能像乘电梯一样乘太空升降舱往返于空间站和地球之间，也被称为 “太空电梯”。
太空升降舱的地面基座根据科学家们的设想，一条从距离地面3．6万公里的地球同步卫星向地面垂下一条缆绳至地面基站，并沿着这条缆绳修建往返于地球和太空之间的电梯型飞船，往来运输物资。
建造太空升降舱的构想因此引起了全球科学家和科研机构的兴趣。《泰晤士报》说，目前世界范围内同时有几个太空升降舱研发计划正在进行当中。一些机构还对能够在这一方面取得突破的个人和组织“悬赏”。据估算，太空升降舱建造费用约为1万亿日元 （约合93亿美元）。
太空升降舱平衡锤：平衡锤是一个比较重的物体，放置于同步轨道上方。平衡锤需要位于距离地面约3.6万千米上空，使用3.6万千米长的缆绳与地面连接。这种缆绳必须十分结实，目前已经发现的材料中，只有碳纳米管可以胜任。包括平衡锤和缆绳的质心位于地球同步轨道的高度，同时为了保证整个装置固定，地面基站通常建造在赤道附近，同时应该尽量选择商业飞行较少的区域，以避免飞机与缆绳或货舱相撞，同时缆绳和货舱还必须能够抵御来自风和闪电的袭击。
缆绳：缆绳是一条十分长且结实的绳子，上粗下细，用于连接地面与平衡锤。
货舱：货舱用于装载货物，它可以顺着缆绳在空间和地面之间上下移动。
地面基站：地面基站用于将缆绳固定在地面上，并为货舱的移动提供能源，能量通过激光传送到货舱。
艺术家笔下的太空升降舱“太空电梯”也就是太空升降舱。对化学家、物理学家、材料学家、航天员和全球各地的梦想者来说，太空电梯代表着最激动人心的构想：比史上编织过的任何纤维都更牢固和更轻巧的缆索，一头系于地球，另一头连接在运行于大气上方地球同步轨道中的卫星上。沿着这条缆绳，电梯型飞船往返于地球和太空之间，用以搭载各种物品，当然还可以载人。更重要的是，太空升降舱上天不需要携带大量燃料，预计所耗能量不过宇宙飞船发射的1%。而据英国方面一项测算显示，用太空升降舱运送人和行李的费用仅相当于目前用航天飞机运送的0.25%。因此太空升降舱有着诱人的前景。
不只是日本科学家致力于研发太空升降舱。建造太空升降舱的构想早就引起了全世界科学家和包括NASA在内的各个政府机构的兴趣。现有的数个太空电梯项目都在加快步伐，因为不同的团体正在争相建造梯厢和实施该计划所需的其他数百种部件。太空电梯相关的科研机构还对能够在这一方面取得突破的个人和组织给予奖励，或者悬赏。
第一次对太空升降舱的讨论可以追溯到1895年，俄国科学家希欧考夫斯基受到埃菲尔铁塔构造和外形的启发，设想出一个“天上的城堡”围绕地球同步运动。到了1975年，美国空间力学研究实验室的皮尔森(Jerome Pearson)发表了关于描述太空升降舱的论文。当时人们对他的建议就是“改行写科幻小说去吧”。三年后，著名科幻大师阿瑟·克拉克从皮尔森的描述中获取灵感，写成《天堂之泉》。这篇科幻作品就向人们介绍了太空升降舱的想法，其想象之深，甚至涉及到了“碳纳米管”以及“海洋-赤道空间站”。
太空升降舱这个概念有着伟大科幻小说具备的所有优秀特征：它大胆、充满想象力，并且将改变我们的日常生活。同时间机器等设想不同的是，太空电梯的想法并不违反科学规律。它仅仅提出了一系列非常复杂的工程问题。
关于建造太空电梯在技术上的可行性，NASA负责从事先进太空飞行技术理论研究的科学家史密斯曼说，最大的难题在于：电梯塔的最低高度也要在36000千米，如此高度导致电梯塔自身的重量成为巨大的负担，要想使它稳稳地“站”在地球上，其基座的大小就要占据一半的地球表面。这显然是不现实的。
第二大难题，是升降舱所需缆绳材料要求太高，它要求既结实又足够轻，还要很强的韧性。在这种情况下，缆绳负重的主要部分来自于缆绳自身的重量。常用的直立钢结构的高度达到将近5千米时就会被自身的重量摧垮，铝最多可以达到15千米，而人类当时所掌握的世上最轻的材料——环氧碳合物和环氧硼合物——能达到的高度也不过是120千米左右。
当然，也可以转换一下受力方式。科学研究告诉我们，物质的抗拉伸能力远大于抗压能力。人类研制出的最能抗拉伸的材料是环氧石墨多晶体，在悬挂状态下它能够承受自身重量的长度是184千米。如果太空电梯的结构设计合理，电梯塔自身所受压力可被转化为拉力。由此，NASA的兰蒂斯曾建议把电梯塔的结构设计成重量轻内部空的密封结构，使它本身如同具有浮力的气球，这样电梯塔就可以由抗压结构转化为抗拉结构，这种设计可以使它的高度达到3000千米。不过这个高度距离要求依然很远，而且在建造过程中，如何处理结构与结构之间的连接是个大问题。
在此基础上，史密斯曼曾推论说，将来理想的结构应该是高塔与密封抗拉结构的结合体。但是科学家们计算的结果表明，这样的结构同样遇到材料选择的难题。缆绳的材料要求同样是既结实又足够轻，此外还要具有一定的柔韧度以避开太空垃圾或者太空漂浮物的撞击。这样的结构与科幻爱好者所幻想的太空电梯相差太远。他们心目中的太空电梯一般都是那种依靠小行星提供平衡的缆绳。
如此，太空升降舱的构想一直停留在科幻世界。直到1991年，日本电子显微镜专家澄男(Sumio Iijima)利用透射电镜首次发现了碳纳米管，这项开创性的发现引发了全球性的碳纳米材料科学研究热潮。碳纳米管具有类似富勒分子的结构，它的强度是钢的几百倍。只有铅笔半径粗的碳纳米管就可以提升20辆汽车(约40000千克)。有了碳纳米管，前面所说一直困扰科学家们的两大难题便迎刃而解。如此，碳纳米管便理所当然地成为推动太空升降舱发展的动力。
1999年，一群来自顶尖的工程学院和从事空间研究的公司的科学家以及美国宇航局的专家，在美国马歇尔飞行中心召开研讨会，讨论建造太空电梯将会遇到的种种难题，而他们得出的结论是：建造太空电梯在理论上是可行的，人类将会在21世纪的后半叶实现通过电梯向太空中输送人员和物资的目标，届时的太空电梯将会像人类现存的公路、铁路、电缆和管道一样，为人类打开通向太空的方便之门。这次会议之后，从事空间研究的科学家组成了松散的科研联盟，与太空电梯有关的研究项目也迅速展开了。
2003年9月16日，在美国新墨西哥州首府圣达菲召开的研讨会上，70多位科学家和工程师们就登上太空的更为方便和经济的方法——太空电梯的建造进行了更为深入的讨论。同年，在太空电梯研究方面比较积极的是美国西雅图太空电梯系统公司，他们获得了NASA部分科研资助，一直在进行着相关的技术研发。
模拟太空升降舱建造太空电梯显然将是人类最大的工程项目，需要数万千米长的电缆，还需要强大的支撑物来将它的底部固定在地球上。从理论上来说，由于必须保证太空电梯本身的刚性，不能让它随着地球的转动被拉得到处乱绕圈子，甚至因为拉扯而损坏，它的重心必须位于地球同步轨道上，以使它与地面上的对应点随时保持相同的角速度，而这个对应点，当然也只能在赤道上。
考虑到重量平衡，太空电梯应该由两部分组成，包括自重心点起往上、下两方向各自伸展出的数万千米长的电缆。
前景看起来非常的美妙。现实问题是，碳纳米管难以批量生产。当前技术，如蒸发碳棒或通过制造碳蒸气来合成这种分子结构的碳管只能生产少量的产品，这些工作仅限于在实验室进行，而不能制造出足够长的碳带。然而，生产技术上的新突破会使这种材料的生产飞速发展。不过，随着纳米技术的发展，科学家不断开发出质量轻、强度高的碳纳米管纤维材料，现有的此类纤维材料强度已经达到了所需强度的四分之一左右，使得修建太空升降舱逐渐成为可能。前面说过，太空升降舱的重心必须位于地球同步轨道上。因此，为了制造太空升降舱，必须将用来发送缆绳的人造卫星发射到地球上方约35800千米处的同步轨道上。并向地球抛出一条碳纳米管制作的缆绳。这颗人造卫星应该能够提供足够的张力，以便第一批运载工具可以顺利到达太空。这些升降舱能够将履带轨道固定在缆绳的两端，并且依靠从地面发射的激光转换成的电能作为动力加以推动。
这颗同步卫星定位在赤道上方，且每天绕地球旋转一周。它和地球自转一圈的时间相同，所以它总是保持在地球上方的同一位置。而同步卫星以及电缆本身所具备的动力，将能够使缆绳绷紧，以便升降舱能够上下穿梭。
至于推动电梯型飞船进入太空的动力，日本大学精密机械工程教授青木吉雄说：“我们在考虑采用在新干线列车中采用的技术……碳纳米管是良好的导电体，我们在考虑全程配备另一条缆绳用来供能。”我们知道，日本的新干线技术，主要有车辆结构轻量化、自动控制技术现代化，以及靠沿线架设供电线来保证电力型列车的运行。
此外，为了安全，地球表面的地面站应该处在赤道无雷电地区。这会减小雷击的风险，避免损坏缆绳。
然而，现在科学家还面临一些挑战。在大规模生产碳纳米管之前，科学家至少需要2～5年，或更多的时间来研究合成碳管的机制。还有空间碎片或微流星体可能与缆绳相撞从而导致灾难，但是研究人员相信在特定高度加宽缆绳可以克服这个问题。
太空电梯美国维吉尼亚州科学研究中心的爱德华兹(Bradley C.Edwards)声称，太空升降舱将有可能成为世界历史上最伟大的技术进步，实现可能只需15年！如果真如他所说，那么，只需等上十几年，就有人可以“一步登天”了！尽管到时依然只有航天员与太空游客等极少数幸运者能够亲身体验天梯的“神功”，但未能进入幸运者行列的普通大众，至少有机会一睹天梯的雄姿远影，或看着人类直上云霄！
事实上，这项人类目前为止最伟大的构想，却是最划算的工程。据报道，日本方面估算的太空升降舱建造费用约为1万亿日元。《泰晤士报》说，对于这样一项浩大工程，这一价格“低得令人吃惊”。毕竟，一旦太空升降舱落成，它可提供一种将人和货物往返太空的廉价且方便的途径。而且，它还能获得一项额外好处，那就是升降舱顶部的运动可帮助人造卫星或宇宙飞船轻便地“弹射”进入太空轨道。
太空电梯将使人类能够更加方便地开拓太空。由于太空电梯可以大规模的运送人员和物资，可以产生规模效应，使得将物体送入太空的成本降低至目前各种运载工具开销的“零头”。因此，一旦太空电梯问世，届时太空旅行也许将真正进入大众消费，而拥有太空电梯的国家则能比竞争对手抢占更多的“空天”优势。西雅图太空电梯系统公司主管爱德华博士曾大胆预言：“未来，有可能造出10部这样的电梯，也有可能造出延伸到月亮和火星的巨型电梯，造出第一部太空电梯的国家可能在未来100年拥有整个太空”。
