)太空电梯
在科技领域素来敢为天下先的日本科学家又推出惊人计划，他们打算将此前仅存在于科幻小说描写中的“天梯”——太空升降舱变为现实。太空升降舱也被称为“太空电梯”。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。参与研究的科学家告诉英国《泰晤士报》记者，太空升降舱可以搭载包括大型太阳能发电机、核废料等各种物品，当然还可以载人。
提问 编辑摘要
太空电梯太空电梯这个概念最早来自100年前，著名的火箭科学先驱者齐奥尔科夫斯基(Knostantin Tsiolkovsky)设想了一个建立在巨塔顶端的“天空城堡”。
太空电梯真正从技术角度描述了这个问题的是阿瑟·克拉克，他在上世纪70年代末设想了延伸到太空的电梯，并以此写出《天堂的喷泉》('Fountains of Paradise')，描述了在一个热带岛屿建造一个太空电梯的故事。
在科技领域素来敢为天下先的日本科学家又推出惊人计划，他们打算将此前仅存在于科幻小说描写中的“天梯”——太空升降舱变为现实。
太空电梯的主体是一个永久性连接太空站和地球表面的缆绳，可以用来将人和货物从地面运送到太空站。而且，太空电梯还能用做一个发射系统，因为太空电梯必然被地球带动旋转，而越高的地方速度越快，所以将飞船从地面运送到大气层外足够高的地方，只要一点加速度就可以起航了。或者如前面说的，用太空电梯把零部件带上太空站，在那里组装。
运输物资也可载人
太空升降舱也被称为“太空电梯”。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。参与研究的科学家告诉英国《泰晤士报》记者，太空升降舱可以搭载包括大型太阳能发电机、核废料等各种物品，当然还可以载人。
《泰晤士报》说，直到目前，人类都不得不通过火箭推动克服地球引力、把自己“抛出”大气层的方式进入太空，而太空升降舱则可以让21世纪的宇航员享受到更为惬意的太空旅行。
更重要的是，太空升降舱上天不需要携带大量燃料，预计所耗能量不过为宇宙飞船发射的1%。英一项测算显示，用太空升降舱运送一个人和行李的费用仅相当于目前用航天飞机运送的0.25%。负责太空升降舱研制的日本太空升降舱协会主席小野秋一(音译)说:“就像出国旅行一样，人人都可以坐着‘电梯’上太空。”
荆楚网金报综合消息据俄罗斯《真理报》报道，“太空电梯”——这个世界上独一无二的设想将在最近几年有突破性进展。受欧洲太空署委托，俄罗斯萨马拉太空大学的科学家一直在研究建造这种可以把许多物品从国际空间站送回地球的装置。
太空电梯报道称，俄罗斯萨马拉城的科学家目前已将“太空电梯”的研究工作进行到工作收尾阶段。这部“太空电梯”的主要工作原理其实并不复杂，装有货物的太空舱通过一根30公里长的特别牢固的缆绳送回地球。虽然缆绳很长，但其重量不会超过6公斤，需要用特别材料制成。当其进入大气层后，缆绳会燃烧，而货物则接着依靠气球继续缓缓地落向地球。
据报道，俄罗斯萨马拉城的科学家计划在2004年10月完成研制工作，第一次试验安排在今年年底。工程主任迈克·克劳夫相信，这个工程一定会成功。
直到今天，从太空返回地球耗时费力，但“太空电梯”将解决这个问题。虽然“太空电梯”耗资巨大，可是一旦建成，收获也将非常巨大。科学家认为，这样的“太空电梯”甚至可以用来探测其他的行星。
人类造“太空电梯”历程
1970年，美国物理学家皮尔森最先提出建造“太空电梯”的设想(一说“太空电梯”最早见于科幻小说家阿瑟• C• 克拉克1979年创作的《天堂之泉》)。当时人们对他的建议就是“改行写科幻小说去吧”。
2000年，美国航空航天局曾对“太空电梯”作出乐观评估，声称“在未来50年左右，我们就可能开始建造，需要的只是一些研究和一点运气。”
2002年底，美国媒体对西雅图一家电梯公司进行了报道，这家公司正进行“太空电梯”项目。他们甚至“初步考虑‘太空电梯’将用纳米材料制成。”据称唯一的阻力是费用太高，当时公司已筹集到约4000万美金，但整个项目预计需要100亿美元！
2003年，随着人类太空探索步伐的加快，更多科学家开始考虑设计一种更为便捷的外太空和地球的物资交换方式(类似俄罗斯的研究)。9月15日，七十多位科学家和工程师在美国探讨“太空电梯”计划，提出在至少一个世纪内将“太空电梯”变成现实，使之用于发射卫星和飞船，甚至将人类直接送上太空。
如何建造合理的太空电梯
建造太空电梯显然将是人类最大的工程项目，需要数万公里长的缆绳，还需要强大的支撑物来将它的底部固定在地球上。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(距地面35,800公里左右)，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，至于经度是否也必须正对，倒不见得，只要太空电梯的设计制造者能够容忍它斜着向高空伸展出去。
考虑到重量平衡，太空电梯实际上应该由两部分组成，将包括自重心点起往上、下两方向各自伸展出的数万公里长的索道或者管道，分别被形象地称为“吊天梯”和“甩天梯”。事实上，建造的时候也应该是从中间的太空站开始同时向上下两个方向同时修建。
这些天梯可让类似地铁列车的车辆沿着它们行驶。当然，如果是载人的，车体必须气密。此外，因为是垂直行驶，车与轨道间应该还要有某种固定装置。比较简单的一种设想是在管道四周设置类似超导磁悬浮列车的悬浮磁体。至于车上下行进的动力，可以采用类似电梯式的吊挂牵引，但更好的是直接利用约束磁体的磁场变动产生电磁推力。
和大多数公共交通一样，太空电梯上的列车也将设置成两向对开，并在适当的高度安装“站台”以方便乘客和货物上下。这些站台实际是固定在太空电梯上的空间站，它们的重量应该从最初设计时就考虑在内，甚至列车的载重和行驶位置也需要精确计算。
如果太空电梯失去平衡，巨大的拉扯力是很难靠太空电梯本体的强度抵消的。
实际上，即使处于完全平衡状态，按照计算，普通材料也没有一种能满足太空电梯对抗拉强度的需要。根据现在的材料科技水平，只有20世纪90年代发展起来的碳纳米管，可以在强度和重量的比例方面合乎要求，用纳米技术制造的缆绳可以更细，重量更轻，同时强度却更大，更柔韧。更先进的纳米技术甚至可以提供活性材料，让缆绳能自己发现缺陷并自己修复。
太空电梯不仅提供宇航方面使用，还可以提供给旅游方面，根据英国人测算，目前用航天飞机送一个旅游者(包括行李)需要花费6万英镑，而用太空电梯只需要150英镑。
但是太空电梯还面临一个无法决解的难题，就是他无法使用，太空电梯或许是浪漫漫主义的设想，所以他的提出和发起者忽视了一个物理定律——能量守恒定律。
假设太空电梯得以建成，要把地球上的一批货物送往太空，这批货物在地球表面上的时候，跟随地球表面一起运动，它的地球环绕线速度为463.31米/秒，但是，通过太空电梯运送到距离地球35860千米高的地球同步静止轨道上时，它的地球环绕线速度达到了3075米/秒，速度为地表时的6.64倍，动能为地表时44.1倍，从地球表面到地球同步静止轨道，物体的动能得到巨大的增长，这样巨大的动能来自何方？采用常规方式发射的航天器，动能由运载火箭、航天飞机等运载工具提供。通过太空电梯运载到太空中的货物，动能只能由太空电梯系统提供，物体从地面到太空所增加的不但有动能还有势能，太空电梯上的攀登者运载器把通过激光所传递来的能量，转化为物体的势能。但动能只能由地球和系留卫星损失自己的动能来补充货物的动能。
由于地球自转的角速度是15度/小时，整个太空电梯系统必须和地球保持一致的角速度，攀登者轨道运输器将货物从地球表面向太空运输的过程中，随着高度的增加，“攀登者”绕地球的线速度将必须随之增加，才能保持角速度一致。攀登者在攀爬过程中因为自身线速度的不足，而无法跟上“系留卫星-缆绳”体系的的角速度，因而会对缆绳产生运行阻力，阻力会沿着缆绳向两端传播，大部分阻力将传向地球，也有一部分阻力会传向系留卫星，地球和系留卫星受到阻力影响后会分别对攀登者产生一个反作用拉力，并形成一个合力，为攀登者加速，从地球表面到地球静止轨道，这种加速一直进行着。对于地球这么一个庞然大物来说向攀登者施加一个拉力不会有太大影响，但是对于系留卫星来说，向攀登者提供近似水平方向上的拉力影响是明显的，它付出拉力后必然损失速度和动能，并降低高度。
太空电梯基座
基座基本上一定是在赤道上，因为这样从地球同步轨道上垂下来的距离最短。基座有提出固定式和漂移式两种选择，其中固定式的比较容易完善周边的硬件设施（发电器材、指挥所、太空港），但漂浮式的，无论是海上的大型平台甚或是平流层中的大型飞行平台，都有借移动来躲避不良气候或太空杂物的可能，因此也有不少支持者。
缆绳
事实上称之为「缆带」可能更合适，因为目前的设计都倾向于使用一条扁长，像录音带那样的带子做为主缆绳。这条缆带也不会是从头到尾一样粗的 -- 据计算在地球同步轨道处缆带所承受的拉力最强，因此这地方会最粗，然后向两边变细来节省重量。缆带的材质问题是阻挠太空电梯发展的最大因素，目前人类已知的材料硬是没有一种能达到
“天梯”示意图，红线为缆绳太空电梯所求的强度／重量比。最有希望的材质是碳奈米管，可是虽然个别碳奈米管能耐的张力已经达到承载太空电梯的标准，但拉成缆带后就无法维持这样的耐力了。不过倒也不必太担心：碳奈米管已经注定是未来一个极重要的研究方向，因为它的用途实在太多太多了。一但材料科学的研究以及大规模的生产起来，缆带终究会有解决的方案的。
电梯舱
电梯舱是在缆绳上爬的那个部份。太空电梯毕竟不是传统电梯，从天上垂一根超长的绳子下来把电梯吊上去是不太可能的 -- 电梯要自已想办法爬上去。最简单的方法是在电梯上装马达，带动夹着缆带的一组轮子转动，从而取得向上的动力。马达的电源可以从缆带上取得，或用装在电梯舱上的发电机，但这两种都会增加重量。比较省重量的方法是在电梯舱上装两片反光板，然后从地面发射雷射将电梯舱「射」上去 -- 听起来很科幻，但目前的实验显示这其实是个可行的方案，只要激光够大支。
太空站
最后，是在缆绳另一端的太空站。太空站是必须的，因为要抵消缆绳的重量。事实上，意想中的太空站不是放在同步卫星轨道上，而是更高一点点的位置，因为整条缆绳加太空站全体的重心要放在地球同步轨道上才不会发生偏离。太空站的建造会相当麻烦，因为随着缆绳的加粗，太空站的位置要不断地调整。但一切顺利的话，到最后太空站除了可以当平衡锤之外，还可以当作人类前往其它星球的发射台呢！
美国的太空电梯竞赛已经三次以无人达到标准（每秒两公尺的上升速度）告终，但美国很认真的要继续推动这个技术的发展。日本则是投入了 73 亿美元发展自已的太空电梯技术，希望能在这个领域取得领先。谁先造出第一部太空电梯，几乎就等同于赢得了殖民外层空间的门票，因此可以想象当技术进步到一定程度之后，一定会引发新一波的太空竞赛。
太空电梯取得关键进展据长期从事该项目研究的科学家、捷克科学院天文学学会鲁波斯·佩里克（Lubos Perek）教授介绍，因为用于建造太空电梯的缆绳将会长达10万公里，任何一个微小的摆动都会导致缆绳出现很大的振幅，比如在太阳和月球的引力牵引作用，以及在太阳风的压迫之下，太空电梯将发生幅度很大的摆动。这种摆动将是是很可怕的，它不仅会使得电梯上的人和货物摔落下来，还有可能触及空中的飞机、卫星等，一旦倒塌下来后果更是不堪设想。
不过，鲁波斯·佩里克教授指出，他们过去一系列的研究为解决这个关键问题找到了答案。首先，太空电梯必须建在地球赤道上。如果建在赤道之外的地方，太空电梯势必受到地心引力的影响而向下弯曲，这个巨大的拉扯力是很难靠太空电梯本身的强度抵消的。
而且，太空电梯的角速度和地球本身自转的角速度将会不一致，这样太空电梯将会被动的随着地球转动而到处乱绕圈子。其次，太空电梯一旦出现摆动，其缆绳必然承受地心引力和离心力的双重拉扯，因此需要用相当刚性并且质量轻的材料制成，这样可以减少其摆动幅度。鲁波斯·佩里克教授说，目前最理想的材料就是碳纳米管。碳纳米管是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，直径只有几到几十纳米，内部是空的。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。
第三，在太空电梯底座安装一个可移动锚固装置（Movable Anchor）。可移动锚固装置主要用来抵消太空电梯缆绳产生的摆动，而不是用来起固定作用的。其原理是当太空电梯缆绳发生摆动，该装置可以产生与缆绳摆动相反的频率，从而在一定程度上抵消缆绳的摆动。
第四，充分利用地球磁场。地球本身可以产生巨大的地磁场。鲁波斯·佩里克教授指出，因为太空电梯缆绳长达10万公里，如果给它通上电流，根据电磁感应原理，它就将可以产生一个巨大的磁场。这个磁场和地球的地磁场发生相互作用，就可以产生巨大的作用力。就好比始终有只巨大的手掌握住缆绳不让它发生摆动。
也有科学家对鲁波斯·佩里克教授提出的解决方法表示怀疑，指出这些方法在实际操作中可能会遇到问题。但鲁波斯·佩里克教授对自己的方案很有信心，他说人类最快在50年之后就可以实现通过太空电梯登上太空的梦想
材料必须轻便又坚固
建造太空升降舱的构想引起了全球科学家和科研机构的兴趣。《泰晤士报》说，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”。
而无论对于科学家还是宇航员，在实现“天梯”梦想前都必须克服一系列难题。其中最关键的问题在于应该用何种材料建造太空升降舱赖以起落的缆绳。这种材料必须比目前已知的各种纤维更坚固也更轻便，才能承受住太空升降舱的重量。从理论上计算，制作缆索的材料强度必须达到钢强度的180倍左右。
此外，为了保持平衡，在卫星背向地球的一侧也要架设数万公里的索道，使得整条索道全长达到约10万公里，相当于地球到月球距离的约四分之一。
造价可能为93亿美元
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约四分之一，使得修建太空升降舱逐渐成为可能。
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:“我们考虑采用在新干线列车中采用的技术……碳纳米管是良好的电导体，我们在考虑全程配备另一条缆绳用来供能。”据估算，采用以上技术的太空升降舱建造费用约为93亿美元。《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”。
至于太空升降舱项目的具体时间表，则将在日本2008年11月主办的首届“太空升降舱会议”上讨论形成。
