先來簡單說下啥是太空電梯，太空電梯最早出現在科幻小說中，是一種可以直接將物體送上3.6萬公里高度的電梯，在3.6萬公里這個高度上，位於赤道的太空電梯和地球的角速度相同，可以像同步衛星一樣跟著地球同步運動。理想設計中的太空電梯除了可以實現將人送上太空飽覽宇宙的風光之外，最重要的用途在於大大降低了物資補給和衛星升空的成本，據計算每千克物質透過火箭發射升空需要花費的成本是2萬美金，而透過電梯運送，這個成本直接降低了1000倍，太空電梯還可以充當小型衛星發射的助推器，利用地球自轉的能量可以節省很大的資源。

太空電梯的基座位於地球赤道上，透過纜繩和太空站臺相連，電梯艙可以利用磁懸浮技術或者鐳射發射方法提供動力，從實際應用的角度來看，纜繩和太空艙的重心應該位於地球同步衛星軌道上，那麼太空站的實際高度應該要高於地球的同步衛星軌道，這樣就實現了平衡狀態。

這個想法雖然很好，但有太多的不可預測性。首先纜繩肯定需要強度非常大的材料，碳奈米管雖然有足夠的強度，但目前還只停留在毫米級以下的製品，想要製成纜繩現階段是不可能達到的。其次太空電梯容易受到太空環境的影響，太空垃圾和太陽風暴會讓電梯的整體結構搖擺不定甚至會垮塌，加上隕石的威脅，建造太空電梯是不太現實的想法，風險太大，成本太高。高能的宇宙射線對太空站臺有很強的腐蝕作用，電梯如果建成那麼利用纜繩搭建通道的維護費用也會是一筆天文數字，而且工程浩大難度極高，甚至還不如火箭方便。

我們的征途是星辰大海。

從明朝時將自己綁在火箭椅上試圖上天，卻不幸在火箭爆炸中獻出生命的萬戶，到 1903 年寒冬裡乘坐自制飛機在空中飛行了 12 秒 36.5 米的萊特兄弟......古往今來，人類對頭頂深邃的天空從未停止過好奇與嚮往。

當然，隨著蘇聯宇航員加加林在 1961 年 4 月 12 日首次代表人類飛向了太空，以及此後越來越多的火箭和人類踏足太空，今天的人類似乎對此也習以為常了。

但是對於絕大多數的普通大眾來說，今天太空仍舊是個只能抬頭仰望的地方，原因無二，高昂的火箭發射成本使得上天這件事只能被用於科學研究或者是成為少數富人的玩物。

即使是目前馬斯克的 SpaceX「獵鷹 9 號」（Falcon 9）因為其可回收利用的特性而能將火箭發射成本控制在平均 6200 萬美元（約合 4.25 億元人民幣），這樣的高價依然不是普通人能承受得起的。

▲獵鷹 9 號海上回收

《三體》真的要來了麼？

真·天梯

事實上，在 1895 年，蘇聯的火箭科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基受巴黎的埃菲爾鐵塔啟發，便提出了可以在地球靜止軌道（地球赤道上空 35786 公里，在這個軌道上的航天器繞地一週的時間與地球自轉時間相同）上建設一座通天塔，並透過纜繩和地面相連。

在過去的 100 多年中，這樣的整體設計思路也沒發生什麼大的變化。

與船舶和海洋裡的鑽井平臺一樣，整個太空電梯裝置在地面設有一個巨大的錨用於固定整個電梯的位置。而在太空裡的另一端，則是一個用來提供拉力，將整個線纜繃緊的配重灌置。至於在中間的，就是用來承載太空電梯上下執行的線纜了。

而在整個裝置部署之後，乘客及貨物可以搭乘電梯以每小時 200 公里的速度沿著線纜上天，整個行程大約為一週。

至於這樣的太空電梯建成之後的好處，自然也就是上文中提到的可以壓縮運輸成本。據預計，使用太空電梯在地球和太空間往返的運輸成本將從目前「獵鷹 9 號」的每公斤約 7000 美元下降至約 200 美元（約合 1370 元人民幣）。而更低的成本則意味著在太空裡更大的想象空間。

6 月 27 日，歷經 4 年，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的「隼鳥 2 號」探測器抵達了目標小行星「龍宮」附近，並將在進行 1 年多的觀測和採集樣本之後於 2020 年返回地球。

▲隼鳥 2 號

事實上，日本採集小行星樣本的計劃也只是全球各航天大國小行星採礦計劃中的一部分。

去年，中國就公佈了建設小行星基地的計劃，並計劃在 2020~2025 年間將機器人或宇航員送到小行星上，並將礦產帶回地球；美國的 NASA 也計劃於 2022 年發射飛行器前往「靈神星」小行星，值得一提的是，「靈神星」上的鐵資源價值超過 1000 億億美元。

而如果太空電梯建成，它無疑將成為外星礦產與地球之間、人類與浩瀚的宇宙之間絕佳的中轉站。

不過問題來了，既然這樣的太空電梯能帶來這麼多好處，那為何在這個概念被提出的 100 多年後的今天，它仍然還處在測試驗證階段呢？

創業未半而中道崩殂？

這樣一部太空電梯之所以遲遲造不出來，最大的原因莫過於線纜的材料了。

全長 30000 多公里，這樣長度與重量給線纜帶來的強度和輕質上的要求必然是在人類歷史上從未有過的，此前研究太空電梯的科學家也均表示製造線纜的材料在地球上不存在。

隨著材料科學的發展，現在看來碳奈米管似乎是一個可行的方案，不過目前的技術也只能造出零點幾米的碳奈米管，更不用說用在從地面直達太空不能有一丁點瑕疵的超級工程了。

此外，假設在未來符合強度、重量標準的線纜被製造出來了，它在使用過程中還需要能抵禦低層大氣的大風、雷電、暴雨以及高層空間的輻射、太空垃圾等等。一旦線纜在低層斷裂，整個上層的裝置將像氣球一樣飛向太空；而若線纜在高層斷裂，地球將拽著整條 30000 多公里的線纜四處亂甩，造成的後果也是可想而知的。

當然，除了目前的材料還滿足以及太空電梯本身不能出任何故障的缺點，太空電梯的競爭對手火箭也在迎頭追上。

上文中提到目前「獵鷹 9 號」的發射成本大概約為每公斤 7000 美元，相較每公斤 200 美元的太空電梯來說確實還有不少差距，不過相較於不可回收的火箭每公斤約 20000 美元的成本，「獵鷹 9 號」已經有了長足進步，而且未來的發展也值得期待，更不用說火箭擁有更強的環境適應能力以及更快的速度。

▲一週上天還是有點久

只能說，距離太空電梯真正到來的那一天或許還有些遙遠。

Geek君有話說

古往今來，正是因為人類始終懷有「欲與天空試比高」的情懷才有了今天一艘艘突破大氣飛向宇宙的飛船。無論這次日本進行的這次小型太空電梯測試能不能成功，或者最終版的太空電梯能不能投入使用，它們都同萬戶、萊特兄弟一樣，是人類想象力、好奇心的結晶，為人類的航空航天事業帶來了些許不同。

夢想還是要有的，萬一未來按個鍵就能上天了呢？

儘管太空浩瀚，但頗具諷刺意味的是，太空之旅最艱難的部分卻是剛開始的100公里，因為在這個過程中需要掙脫來自地球的控制。在過去的一個多世紀時間裡，人們就一直有在提太空升降梯的想法，然而關於它的後勤保障卻還不可能實現。不過近日，日本發射了一對衛星希望藉此測試一些可能有助於太空電梯成為現實的技術。

這個被稱為“太空帶纜自主機器衛星--迷你電梯(STARS-Me)”的專案由兩個CubeSat和一根10米長的纜線組成。兩顆衛星由JAXA於9月23日搭載ISS運輸機KOUNOTORI7發射升空。

實際上這已經不是科研人員第一次用纜繩將兩顆衛星連線起來，然而這次不同的是將會有一個3x3x6釐米的小型機器人在上面攀登。

雖然10米的距離遠不及一個全尺寸太空電梯所需的3.6萬公里，但它仍具有非常重要的意義。這一測試的最終目的能驗證未來可能用於太空電梯的技術。

此前包括充氣設計等太空電梯概念到目前都未能實現。最有希望的專案之一就是日本建築公司Obayashi參與的這個STARS-Me專案。按照計劃，這套系統將能讓汽車從位於海洋的地球港透過由碳奈米管組成的纜繩爬上3.6萬公里的太空。為了保持整體結構的穩定性，太空站這端將安裝上一個巨大的漂浮平衡重物。

據悉，Obayashi希望在2050年之前建成這套系統。

太空電梯能不能實現另說，但是這一點都沒有違背萬有引力。而且，以目前的技術，沒有哪種材料可以又長、又耐低溫、強度剛度又超好。

假設太空電梯如下圖，遠端肯定有一重物，以按照太空電梯必要的裝置。中間，可以柔性繩索，也或剛性的軌道，來具體承載太空電梯。遠端的配重受力圖如下，有引力F1，繩索或軌道的作用力F2，以及由於旋轉產生的慣性力Fi。

太空電梯採用繩索式還是軌道式，非常關鍵，兩者的受力有很大的區別。

2.1 繩索式

繩索只能受拉，這就意味著上圖的F2只能向左。空載情況下，配重與地球同步旋轉，臨界狀態下F2等於0，即繩子任意距離處的重力與離心力平衡。但是這種狀態並不適合電梯負載。負載情況下，太空電梯本身具有一定的引力，會牽扯遠端的配重，使得F2增加，破壞遠端的平衡，這是如果遠端沒有額外的噴射力，遠端將會被拉向地球墜毀，如下圖。

為了避免墜毀，遠端必須配備類似火箭發動機的噴射裝置，以增大離心力。但是，這種設計顯然會增加工程的複雜程度。另一種較為經濟的方法是提高配重的軌道高度，增加慣性力，以抵抗負載時的太空電梯的重力。不過這種方法對繩索的承受力提出了更加嚴格的要求。

2.2 軌道式

軌道式太空電梯軌道提供的力F2可以向左也可以向右。空載的臨界狀態下，軌道與配重之間沒有作用力，由此可得配重的軌道高度。負載時，由於太空電梯的重力，會軌道有一定得壓縮量，此時配重得軌道高度降低了，慣性力下降，鋼性軌道就可以提供支撐力，以位置配重的平衡。

從力學上來看，太空電梯是可行的，它滿足萬有引力和慣性力的平衡。但是從目前的技術來看，無法實現。無論是繩索式還是軌道式，都對材料本身有著非常嚴苛的要求。太空電梯的材料必須具有高強度低密度。也許，蜘蛛俠的蛛絲是個很好的選擇，看來我們的未來科技靠漫威宇宙了。

純理論分析，太空電梯確實有可能實現，它也不違背萬有引力定律。但這只是理論上的分析，實際上是不可能做到的，起碼在可預見的未來是不可能的！

太空電梯的設想最早出現在科幻小說裡，簡單說，就是在赤道上建造太空電梯，在3.6萬公里的高度太空電梯與地球的自轉角速度保持同步，所以理論上可以安全地執行！

但實際上是不可行的。太空電梯的材料就是最大的難題，自身的巨大重力讓太空電梯難以承受，需要剛性極高同時又非常輕的材料，我們平時看到的材料肯定是不行，需要合成材料，也不是一般的合成材料，目前的人類科技還沒有如此水平！

同時，材料不僅僅需要高強度，也需要耐低溫，抗振動，抗宇宙輻射等效能，因為外太空的環境惡劣是我們無法想象的！

即使技術上不存在問題，現實中難度同樣很大，一個字：錢！太空電梯肯定會耗費巨資，沒有很強的雄厚物質基礎做支撐，也不可能建造太空電梯！

而且可以預見的是，即使一切可行，但如果人類擁有了建造太空電梯的實力，也意味著我們在太空旅行上的科技肯定已經十分發達了，直接乘坐太空飛船進行太空旅行或許會更容易更便捷，而沒必要非要建造太空電梯！

太空電梯在理論上是能建成的，並非空談！具體方案、理論依據如下：

發射一顆質量足夠大的地球同步衛星，定位於需要建太空電梯的位置之上，然後放下強度足夠、長度足夠的鋼繩，緊固地面上，適當收縮鋼繩，保證剛繩有足夠張力，即衛星產生足夠離心力，之後依靠這根鋼繩就可往上修建太空電梯了。

就這麼簡單！萬一掉下來咋辦？？？

不會的，我們都知道：地球在自轉、也在公轉，這個過程會產生足夠的離心力。這就確保太空電梯的安全執行，高枕無憂！

這個道理就如同我們用手甩轉鋼繩套住的鐵球一樣，只要手不停，鋼繩就一直被拉得緊緊的，鐵球也一直轉個不停。

地球會停止自轉、公轉嗎？顯然不會。同樣的道理，地球自轉、公轉過程中會為太空電梯及上面的衛星提供動力，保證它同步運轉，從而產生足夠的離心力！

這也是衛星、天體運動的本質原因。