基本介紹
- 中文名：太空電梯
- 外文名：Space elevator
- 拼音：tai kong dian ti
- 起止點：地球——空間站
- 距離：約3.6萬公里
- 概念提出者：齊奧爾科夫斯基
- 提出時間：20世紀年70年代
產生背景,建設計畫,俄羅斯,美國,日本,電梯結構,基座,纜繩,電梯艙,太空站,主要用途,基本特點,工作原理,衍生問題,
產生背景
太空電梯的概念最早來自20世紀年70年代，著名的火箭科學先驅者齊奧爾科夫斯基(Knostantin Tsiolkovsky，父親是波蘭人)構想了一個建立在巨塔頂端的“天空城堡”（或許聖經里的巴別塔更早，不過那裡沒電梯）。
太空電梯電腦效果圖
太空電梯電腦效果圖真正從技術角度描述了這個問題的是阿瑟·克拉克。據英國《每日郵報》報導稱，科幻作家阿瑟·克拉克在1978年出版的《天堂之泉》(“Fountains of Paradise”)中曾描寫過太空電梯的構想，人們可乘電梯去太空觀光並運送貨物。
太空電梯的主體是一個永久性連線太空站和地球表面的纜繩，可以用來將人和貨物從地面運送到太空站。太空電梯還能用做一個發射系統，因為太空電梯必然被地球帶動旋轉，而越高的地方速度越快，所以將飛船從地面運送到大氣層外足夠高的地方，只要一點加速度就可以起航了。或者用太空電梯把零部件帶上太空站，在那裡組裝。
建設計畫
俄羅斯
所謂地球靜止軌道，是因為當在該軌道上的太空飛行器以每秒7.27×10-5弧度的角速度繞地球運行時，正好與地球自轉的角速度相同，故從地面上看去，好像固定在太空中不動一樣，因此才被稱為地球靜止軌道。正緣於地球靜止軌道的這種特殊功能，齊奧爾科夫斯基才提出在它上面設定一個太空城堡，垂放一根纜繩錨在地球赤道上，就可成為通向太空的天梯。這架梯子可以筆直地通向靜止軌道，在無外力影響時它不會彎曲，能成為通往太空的運輸線。
報導稱，俄羅斯薩馬拉城的科學家已將“太空電梯”的研究工作進行到工作收尾階段。這部“太空電梯”的主要工作原理其實並不複雜，裝有貨物的太空艙通過一根30公里長的特別牢固的纜繩送回地球。雖然纜繩很長，但其重量不會超過6公斤，需要用特別材料製成。當其進入大氣層後，纜繩會燃燒，而貨物則接著依靠氣球繼續緩緩地落向地球。
美國
1970年，美國科學家羅姆·皮爾森進一步完善了太空天梯的構想。1999年，美國宇航局馬歇爾中心的先進辦公室發表了《天梯:太空的先進基礎設施》一文，標誌著天梯將從幻想走向現實。
2004年6月30日，在華盛頓召開的第三屆國際天梯會議上，專家們對天梯這一宏偉構想進行了探討。時隔僅僅9個月，2005年3月23日，美國宇航局正式宣布太空天梯已成為世紀挑戰的首選項目。以研究天梯而著稱的西維吉尼亞州費爾蒙特科學研究所的布拉德·愛德華茲博士在論文中寫道：“天梯可以使人類歷史實現跳躍性的發展。”他認為自己構想中的初版天梯可能在2019年問世，其成本大約為70億~100億美元，與人類其他大型太空工程相比，這項費用並不算太大。
太空天梯一旦建成，就可晝夜不停地開展運輸工作，把旅遊者和貨物送入太空，並大大降低運送費用。如今火箭發射或太空梭運送每公斤有效載荷約需2萬美元，而太空天梯運送每公斤物品僅需10美元，從而能夠推動空間技術實現跨越式發展。
美國工程師欲打造太空電梯
美國工程師欲打造太空電梯在月球上建天梯
2012年，由美國航空航天局前工程師麥可-萊恩創辦的電梯港集團公司宣稱，由於在月球上建太空電梯比在地球上建更容易，所以該公司可用現有技術在月球上建造一座太空電梯，並表示這一想法能在8年內成為現實。
“大約在六個月前，我們的研發工作取得了根本性突破，我們認為這一突破將改變人類文明”，前美國國家航空航天局工程師、現任美國電梯港集團總裁麥可·萊恩表示，這個突破性的進展可以讓他們藉助現有技術，讓搭載人造衛星的火箭進行月球單程之旅，以及成功建造能夠在月球使用的太空電梯，而這一想法可能在八年內實現。
據報導稱，該公司開發的“太空電梯”系統，計畫首先利用纜繩測試該系統，然後才推出月球系統。該公司研究人員最終希望使用一個“太空電梯”把月球和空間站連線起來。為了實施這個龐大的計畫，他們在網上發起了一項集資活動，希望為月球“太空電梯”籌得第一筆資金。資金主要用於創建一座與地面相連的懸浮球載平台，這樣機器人可以藉助它向空中上升1.2英里（約合2000米）。
2001年到2003年期間，萊恩先是與美國國家航空航天局先進理念研究所的團隊合作，共同開發“太空電梯”。2003年，他加入電梯港集團，通過實驗實現了讓機器人在懸浮球載平台的幫助下向空中上升了1英里（約合1600米）的試驗。
由於經濟危機的影響，該公司在2007年到2012年期間曾被迫關閉，很多人已經離開並參與到其他項目的研發當中。萊恩說，他們正在培訓一個新的合作團隊。據了解，該公司進行一年的可行性研究至少需要300萬美元。
該公司希望，如果這項技術成功的話，也可以套用在地球上的其他領域。比如，它們還可以在地球上充當廉價的通訊塔，以幫助提供無線網路、監控農作物生長、預防森林火災，若在上面安裝攝像機，人們還可以藉助它來觀測一些自然災害的後續情況。
日本
日本建築公司大林組計畫建造一部太空電梯，將遊客送入距地面約合3.6萬公里的太空。太空電梯的纜繩將與太空中的一座空間站相連。根據大林組的計畫，太空電梯夢想有望在2050年成為現實。
日本太空電梯計畫2050年完工
日本太空電梯計畫2050年完工日本大林所設計的太空電梯纜線，全長為地球到月球距離的大約四分之一，這相當於9.6萬公里。電梯纜線固定在地球地表一個定點上，另一頭繫著一個起平衡作用的鉛墜。電梯電纜的中間部位是一個太空站，該太空站內將建設實驗設施及居住的空間。據介紹，升降機每次可以同時搭乘30名遊客升入衛星空間站中，讓他們有機會“站”在太空中欣賞宇宙美景。據悉，升降機需要花費一周的時間才能到達空間站，但乘客們基本不需要接受任何太空旅行方面的訓練。
該太空電梯被命名為“東京天空之樹”，高2080英尺。這座高塔還將作為一個數字廣播天線，陸續不斷地吸引東京以及更遠地區的太空觀光遊客。Satomi Katsuyama說：“我們的專家對建築、氣候、季風和設計等方面進行了綜合分析，他們表示這座太空電梯具有一定的可行性。”
2012年，日本的大林組建築宣布預期在2050年就能完成一個“天梯”的建造項目。這個項目能將乘客帶到3.6萬千米的高空太空艙俯瞰地球，而電梯的總建造高度將達到9.6萬千米。
日本研製太空電梯
日本研製太空電梯2012年，大林組首次完整提出“天梯”計畫，為此他們邀請所有日本的大學參與進來，共同研究“天梯”所需要的技術。大林組自信能在2025年開始建造太空電梯。“天梯”需要輕而耐重的材料，納米管就是極佳的選擇，然而技術障礙是大林組還不能造出足夠長度的納米管，能造出的只有三厘米長。預計每個電梯廂能裝下30名乘客。但是“天梯”項目到底能不能創收是未知數，“天梯”維護計畫也沒有出台。
日本建築業巨頭大林組公司表示，“太空電梯”將在2050年之前竣工，能把人抬高9.6萬公里，直接進入太空。屆時，每個電梯間能坐30個人，在磁力線性發動機的推動下向上爬升7天，就能從地面直接到達在太空中新建的空間站。另外，“太空電梯”的費用還不到太空梭的一百分之一。要知道，太空梭平均運送1公斤貨物耗資2.2萬美元，相對而言，“太空電梯”僅花費200美元。
專家們曾於2012年召開研討會，肯定了“太空電梯”的可行性，同時認為，這樣一個龐大的項目必須通過國際合作才能實現。而一旦有了“太空電梯”，人們就不必完全依賴太空梭了。
日本“太空電梯”圖
日本“太空電梯”圖大林組公司的研發經理表示，“太空電梯”的夢想之所以能夠實現，得益於碳納米技術的發展。“納米材料的抗拉強度幾乎比鋼鐵高出100倍……我們還做不出來那么長的納米纜繩，最多只能做到3厘米……但是在2030年之前應該能夠做到。”另外，日本神奈川大學的研究團隊負責機械電梯間的研發工作，致力於改善升降以及剎車系統。
日本科研團隊的目標是2050年建成太空電梯，屆時將乘客帶到3.6萬千米的高空旅行。
電梯結構
基座
基座基本上是在赤道上，因為這樣從地球同步軌道上垂下來的距離最短。基座有提出固定式和漂移式兩種選擇，其中固定式的比較容易完善周邊的硬體設施（發電器材、指揮所、太空港），但漂浮式的，無論是海上的大型平台甚或是平流層中的大型飛行平台，都有借移動來躲避不良氣候或太空雜物的可能，因此也有不少支持者。
纜繩
事實上稱之為(纜帶)可能更合適，因為如今的設計都傾向於使用一條扁長，像錄音帶那樣的帶子做為主纜繩。這條纜帶也不會是從頭到尾一樣粗的 -- 據計算在地球同步軌道處纜帶所承受的拉力最強，因此這地方會最粗，然後向兩邊變細來節省重量。纜帶的材質問題是阻撓太空電梯發展的最大因素，人類已知的材料硬是沒有一種能達到太空電梯所求的強度/重量比。最有希望的材質是碳納米管，可是雖然個別碳納米管能耐的張力已經達到承載太空電梯的標準，但拉成纜帶後就無法維持這樣的耐力了。不過倒也不必太擔心：碳納米管已經注定是未來一個極重要的研究方向，因為它的用途實在太多太多了。一但材料科學的研究以及大規模的生產起來，纜帶終究會有解決的方案的。
電梯艙
電梯艙是在纜繩上爬的那個部份。太空電梯畢竟不是傳統電梯，從天上垂一根超長的繩子下來把電梯吊上去是不太可能的 -- 電梯要自已想辦法爬上去。最簡單的方法是在電梯上裝馬達，帶動夾著纜帶的一組輪子轉動，從而取得向上的動力。馬達的電源可以從纜帶上取得，或用裝在電梯艙上的發電機，但這兩種都會增加重量。比較省重量的方法是在電梯艙上裝兩片反光板，然後從地面發射雷射將電梯艙「射」上去 。這 聽起來很科幻，但實驗表明，這其實是個可行的方案，只要雷射夠大能量。
太空站
最後，是在纜繩另一端的太空站。太空站是必須的，因為要抵消纜繩的重量。事實上，意想中的太空站不是放在同步衛星軌道上，而是更高一點點的位置，因為整條纜繩加太空站全體的重心要放在地球同步軌道上才不會發生偏離。太空站的建造會相當麻煩，因為隨著纜繩的加粗，太空站的位置要不斷地調整。但一切順利的話，到最後太空站除了可以當平衡錘之外，還可以當作人類前往其它星球的發射台呢！
太空電梯
太空電梯美國的太空電梯競賽已經三次以無人達到標準（每秒兩公尺的上升速度）告終，但美國很認真的要繼續推動這個技術的發展。日本則是投入了 73 億美元發展自已的太空電梯技術，希望能在這個領域取得領先。誰先造出第一部太空電梯，幾乎就等同於贏得了殖民外層空間的門票，因此可以想像當技術進步到一定程度之後，一定會引發新一波的太空競賽。
主要用途
根據科學家們的構想，太空電梯應該是一條從距離地面3.6萬公里的地球同步衛星向地面垂下一條纜繩至地面基站，並沿著這條纜繩修建往返於地球和太空之間的電梯型飛船，往來運輸物資。
太空電梯可以搭載包括大型太陽能發電機、核廢料等各種物品，還可以載人。更重要的是，太空升降艙上天不需要攜帶大量燃料，預計所耗能量不過為宇宙飛船發射的1%。英國的一項測算顯示，用太空升降艙運送一個人和行李的費用僅相當於常用太空梭運送費用的0.25%。
在進入太空探索時代後，造“太空電梯”是人類長久以來的夢想，每發射一次太空飛船所需的驚人費用讓科學家重拾“太空電梯”的理念。在宇宙空間裡建造超長的“太空電梯”，用車廂將貨物運送到太空站或者空間基地，可以大大節省人類太空探索的成本。利用“太空電梯”運送遊客，還能發展太空旅遊業。電梯會攜帶太陽能發電系統，這樣發出的電能不僅能支持電梯本身，多餘的還能為地球供電。“天梯”還能當做信號發射塔，傳輸訊息。
從上電梯後到3.6萬千米的高空要花去7天的時間，即便每個電梯廂都在以200千米一小時的速度運動。對比之下，一架太空飛船的飛行速度能達到2.8萬千米一小時，“天梯”走7天的距離太空飛船一個多小時就能走完。
基本特點
太空電梯可以重複使用，由在軌基地的太陽能電池板供電；這種交通方式，是一種將人類和貨物送入太空的低成本方式。
1、遊客無須進行任何訓練；2、電梯可重複使用；3、成本低。4、選擇搭乘太空電梯這種方式，遊客無需預先進行任何訓練，讓空間站成為一個真正意義上的度假勝地。
工作原理
通過升降艙工作：最多容納30人，時速201公里；太陽能提供電力；7天左右就可抵達。
美國《大眾科學》雜誌的麗貝卡·博伊爾表示，太空遊客將搭乘類似電梯車廂的升降艙進入太空，升降艙系在碳納米管制造的纜繩上；太空電梯纜繩全長為地月距離的四分之一，約9.6萬公里，與太空中的一個配重相連。。根據大林組的初步計畫，升降艙可容納30名遊客，時速約合201公里。
安裝在軌道站上的太陽能電池板負責為太空電梯提供電量。搭乘這種電梯，遊客需要一周多時間便可進入太空。
衍生問題
有專家曾經指出，納米碳管還只是毫米級製品，距實用差距甚遠；向3萬多公里外的太空發射各種電梯建設材料花費巨大；這種“太空電梯”一旦因嚴重事故崩塌，空中和地面的損失也將十分驚人。專家們認為，面對這些難題，“天空電梯”短時間內恐怕很難開工。
