太空电梯的缘起，这就是太空升降设备的工作原理

在模型概念图中，这个升降机将能够携带多达13吨的货物进入太空，由激光束推动。

图片由电梯港集团提供

1981年4月12日，哥伦比亚号航天飞机在佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，开始第一次航天任务，并实现了可重复使用航天器的梦想。至今，美国宇航局已经发射了100多个成功执行任务的航天器，但价格变浮动空间不大。无论是航天飞机还是不可重复使用的俄罗斯航天器，发射的成本约为每磅10000美元（每千克22000美元）。

正在开发的一种新的空间运输系统可以使前往地卫星轨道（GEO）的旅行被提上日程，并推动全球经济。

由碳纳米管复合材料带制成的太空升降机固定在海上可移动平台上，它可以延伸到大约62000英里（100000公里）的空间中。然后，连接在升降带上的机械升降机将载入升降带，将货物和人送入太空，价格仅为每磅100至400美元（每公斤220至880美元）。

在本文中，我们将了解太空电梯的概念是如何从科幻小说走向现实的。

太空电梯传送带太空升降机末端的辎重将使碳纳米管带保持拉紧状态。

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为了更好地梳理太空电梯的认识，可以比作一个游戏，游戏中绳子一端系在杆子上，另一端系在球上。在这个类比中，绳子是碳纳米管复合材料带，杆子是地球，球是辎重。现在，想象一下，球一直绕着杆子旋转，速度加快，以至于绳子绷紧。这是太空电梯的总体构思。配重绕地球旋转，使缆绳保持笔直，并允许机器人升降器在钢带上上下移动。

根据LiftPort（电梯港集团）提出的设计，太空电梯的高度约为62000英里（100000公里）。LiftPort是为太空电梯或其部件开发计划的几家公司之一。在2006年10月于新墨西哥州拉斯克鲁斯举行的X大奖杯上，来自世界各地的团队争夺了奖金达40万美元的太空电梯比赛一等奖。

电梯的核心是碳纳米管复合材料带，它只有几厘米宽，几乎和一张纸一样薄。1991年发现的碳纳米管使科学家们相信可以作为太空电梯建筑材料。据太空基金会的布拉德利·爱德华兹博士（Bradley Edwards）说，“以前材料制造挑战太大，但现在我们已经接近了创造碳纳米管的新阶段，以及在制造机器中可以通过大量的材料来订制一款能延伸到外太空的升降带。根据一些早期计划，剩余的建筑材料将用于加工成配重。

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碳纳米管的强度可能是钢的100倍，并且像塑料一样柔韧。碳纳米管的强度来自其独特的结构，类似足球。一旦科学家们能够用碳纳米管制造出纤维，就有可能为太空升降机制造出升降带。以前可用的材料太弱或不灵活，无法形成色带，很容易断裂。

LiftPort Group的研究总监汤姆·纽金特（Tom Nugent）说：“它们的弹性模量非常高，抗拉强度非常高，从理论上讲，所有这些都表明了一种材料可以使太空电梯相对容易建造。”。

功能区可以通过两种方式构建：

长碳纳米管——几米长或更长——将被编织成类似绳子的结构。截至2005年，最长的纳米管仍然只有几厘米长。

较短的纳米管可以放置在聚合物基体中。当前的聚合物不能很好地与碳纳米管结合，这导致在施加张力时，基体被从纳米管上拉开。

一旦一条长的纳米管带被制造出来，它将被卷绕成一个线轴，然后发射到轨道上。当携带线轴的航天器到达一定高度时，可能是近地轨道，它将开始解制冷，将升降带降回地球。同时，滑阀将继续向高空移动。当升降带被放入地球大气层时，它将被下降并固定在海洋中的移动平台上。

这条升降带将作为一条通向太空的铁路的轨道。然后用机械升降器将升降带提升到太空。

太空电梯的性能如何

如果建成，这条升降带将代表一个现代世界奇迹，并将成为有史以来最高的建筑。历数世界上最高的独立塔在2005年属于加拿大多伦多的CN塔，为全加拿大最高，达1815英尺5英寸（553.34米）的国塔。太空电梯则将比CN塔高180720倍！

这架62000英里（100000公里）长的太空电梯将远远高于航天飞机的平均轨道高度（115-400英里/185-643公里）。事实上，它几近于到月球距离的四分之一，月球绕地球运行总长237674英里（382500公里）。

乘坐太空电梯到达山顶

在升降机两端的攀岩者将以大约200英里/小时的速度卷起升降带。

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虽然升降带仍然是一个概念组件，但太空升降机的所有其他部件都可以使用已知技术制造，包括[UNK]机器人升降器、[UNK]锚地[UNK]和[UNK]动力光束系统。到升降带建成时，其他组件将在2018年左右准备就绪。

电梯

机器人升降机将使用升降带引导其升空。升降机上的牵引踏面滚轮将夹紧复合材料合管带并将升降带拉过，使升降机能够牵引载入升降带。

站宽

太空升降机将来自赤道太平洋的一个海上可移动平台，该平台将把带状物固定在地球上。

配重

在升降带的顶部，将有一个起平衡作用的配重。早期的太空升降机计划包括捕获一颗小行星并将其用作配重。然而，LiftPort和科学研究所（ISR）又最新计划了包括使用人造配重等。事实上，配重可能是由用于制造升降带的设备组装而成，包括用于发射升降的航天器。

光束

升降机将由位于锚站或锚站附近的自由电子激光系统供电。ISR称，激光将向光伏电池发射2.4兆瓦的能量，光伏电池可能由连接在升降器上的砷化镓（GaAs）制成，然后将该能量转换为电能，供传统铌磁直流电动机使用。

成功运行后，升降机将实现每天载入太空电梯。升降机的规格将从最初的5吨到20吨不等。这个20吨重的升降机将能够承载多达13吨的有效载荷，另有900立方米的空间。升降机将以每小时约118英里（190公里/小时）的速度运送从卫星到太阳能电池板的实物，最终运送人类。

太空电梯维修

太空电梯带将固定在赤道太平洋的一个海上可移动平台上。作为协调电梯避免轨道碎片系统的一部分，移动平台可以重新定位。

在长达62000英里（100000公里）的太空电梯将容易受到许危险因素的侵袭，包括天气、空间碎片和恐怖分子。随着太空电梯设计计划的推进，开发商正在考虑这些风险以及克服这些风险的方法。事实上，为了维持至少一台可运行的太空电梯，开发商计划建造多个太空电梯。每一个预算上都比前一个便宜。第一台太空电梯将作为建造更多太空电梯的平台。在这过程中，开发人员能确保一台太空电梯遇到问题，其他电梯也可以继续将有效载荷提升到太空中。

避免空间碎片

太空升降机需要能够避开轨道物体，如卫星碎片。锚定平台将采用[UNK]主动避让[UNK]保护太空升降机不受此类物体的影响。目前，北美航空航天防御司令部（NORAD）跟踪的物体大于10厘米（3.9英寸）。保护太空升降机需要一个轨道碎片跟踪系统，该系统可以探测到大约1厘米（0.39英寸）大小的物体。这项技术目前正在为其他空间项目开发。

LiftPort公司的汤姆·纽金特（Tom Nugent）说：“我们计划将升降带固定在海洋中的一个移动平台上。”。“实际上，你可以移动锚，把升降带与卫星分开。”

战略性规避攻击

太空电梯的孤立位置将是降低恐怖袭击风险的最大因素。例如，据LiftPort公司称，第一个锚地将位于赤道太平洋，距离任何航线或航道至少404英里（650公里）。只有一小部分的太空电梯将暴露在攻击范围内，即9.3英里（15公里）或以下。此外，太空电梯将是一种宝贵的全球资源，很可能受到美国和其他外国军事力量的保护。

太空电梯撞击

太阳景观的空间模型。

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太空电梯的潜在影响正在与另一项伟大的交通成就——美国横贯大陆铁路（U.S.TranscontinentalRailway）相比较。这条铁路线于1869年在犹他州的海角完工，第一次连接了该国的东西海岸，加速了美国西部的移民。跨国旅行从几个月减少到几天。它还开辟了新市场，催生了全新的产业。到1893年，美国有五条横贯大陆的铁路线。

太空电梯的想法与横贯大陆的铁路有许多相似。太空电梯将创建一个永久的连接地球到太空的通道，不会关闭。虽然它不会使太空之旅更快，但它会使太空之旅更加频繁，并将为太空开辟一个新的发展时代。也许推动太空升降机想法的最大因素是它将大大降低将货物送入太空的成本。虽然比化学推进的航天飞机速度慢，但升降机将发射成本从每磅10000美元到20000美元不等，折合每磅约400美元。

据《太空电梯，NIAC第二阶段最终报告》的作者布拉德利·爱德华兹（Bradley Edwards）的说法，目前估计建造太空电梯的成本为60亿美元，法律和监管成本为40亿美元。（爱德华兹也是低碳设计公司的总裁兼创始人布拉德利·卡尔·爱德华兹博士。），1971年，航天飞机计划的成本预算为52亿美元，但发生成本为195亿美元。此外，每架航天飞机的飞行费用为5亿美元，超过最初预算的50多倍。

太空升降机可以取代航天飞机成为主要的太空交通工具，并用于卫星部署、防御、旅游和进一步探索。对于后一点，航天器将传上电梯的传送带，然后在太空中向其主要目标发射一次。这种类型的发射耗费的燃料比传统飞出地球大气层消耗的燃料要少。一些设计师还认为太空电梯可以建造在其他行星上，包括火星。

美国宇航局资助了爱德华兹博士三年的研究。然而，在2005年，它只向研究太空电梯的公司提供了2800万美元经费。尽管公司仍然对这个项目非常感兴趣，它更愿意心平气和地坐观进一步发展。

注：海上移动平台即悬浮球载平台，主要用于升降操作。十年前由来自华盛顿州塔科马LiftPort开始筹资设计。

BY: KEVIN BONSOR

FY:jane

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