中秋前夕，一則“世界首個太空電梯即將發(fā)射”的消息出現(xiàn)在許多媒體上，難道乘“太空電梯”登月的夢想真要實現(xiàn)了嗎？其實，事情的由頭是本月23日發(fā)射的日本宇宙航空研發(fā)機構(gòu)JAXA貨運飛船HTV-7，它在種子島太空中心用H-IIB火箭發(fā)射前往國際空間站，這是現(xiàn)役世界第一重的貨運飛船，可達16.5噸。
一次常規(guī)太空發(fā)射被“太空電梯”搶了眼球，那么，真實情況到底如何？所謂“太空電梯”又是否具有可行性？
這一次“太空電梯”到底是什么
太空電梯是個很完美的科幻概念，早在19世紀末期，人類火箭之父齊奧爾科夫斯基就已經(jīng)提出了這個美好的設(shè)想：普通人能像乘坐電梯一樣，借助一根連接天地的繩纜，自由且低成本往返太空。
那么，這一次被許多媒體炒作的所謂“太空電梯”到底是什么？其實它的全稱是空間系留自主機器人衛(wèi)星-迷你電梯（簡稱STARS-Me），這已經(jīng)是STARS實驗系列衛(wèi)星第四次任務(wù)。迷你電梯其實是個昵稱，它真正的功能并非如此，真相如下。
日本已經(jīng)執(zhí)行了六次國際空間站的貨運任務(wù)，且JAXA擁有國際空間站上希望號實驗艙、儲藏艙、擴展實驗艙和機械臂。HTV可以運送重達6.2噸的貨物，遠超國際空間站貨運主力進步號的2.4噸，在執(zhí)行基本任務(wù)需求時夾帶一些其他貨物也是常態(tài)。本次HTV-7任務(wù)就額外攜帶了STARS-Me，SPATIUM-I和RSP-00三個技術(shù)驗證衛(wèi)星。
STARS系列任務(wù)都用來驗證一種空間應(yīng)用的技術(shù)：系留衛(wèi)星或者系繩衛(wèi)星。它的原理是通過繩纜從母衛(wèi)星釋放一顆子衛(wèi)星，或者雙星進行伴飛，能自由釋放、收回并重復(fù)使用，實現(xiàn)各種科學(xué)和工程研究目標，先后有香川大學(xué)、靜岡大學(xué)等參與。
STARS的特色在于低成本的微小衛(wèi)星編隊：兩顆微小、猶如魔方大?。?0厘米邊長的立方形）的衛(wèi)星通過一根約10米的細鋼纜相連。這次的任務(wù)之所以叫作迷你電梯，是因為鋼纜上還將有一個小滑塊可以在鋼纜上移動，視覺上有一種“電梯”的效果，因而得名，但可以確定的是這跟太空電梯的理念毫無關(guān)系。
STARS-Me任務(wù)由靜岡大學(xué)主要負責(zé)研發(fā)。畢竟只是兩個衛(wèi)星加在一起幾千克的極小任務(wù)，它的真實作用還是基本的技術(shù)驗證和教育教學(xué)，主要用于通過無線電信號接收輔助判斷衛(wèi)星狀態(tài)：兩顆衛(wèi)星都能直接與地面通信，它們之間的距離和姿態(tài)會導(dǎo)致信號接收出現(xiàn)細微的偏差，在地面的接收站可以通過兩股信號的多普勒頻移、比特率、信噪比對比等反推這個小型編隊的姿態(tài)和距離信息。
中間的“電梯廂”（6×3×3厘米尺寸，比雞蛋還?。в兴{牙功能，能夠通過其中一顆衛(wèi)星與地面通信，也會出現(xiàn)在兩顆衛(wèi)星的互拍中。它能夠在繩纜上緩慢移動，作為測試任務(wù)的額外標的，也能驗證雙星+滑塊的技術(shù)可行性，從這個角度的確是世界首例，但它更科學(xué)的叫法應(yīng)該是滑塊。整體上這個任務(wù)只是個實驗驗證性質(zhì)的小型任務(wù)。
毫無疑問，太空電梯是個大大的噱頭，引發(fā)了全世界關(guān)注，也引出了每個新聞稿里都會出現(xiàn)的大林組建設(shè)公司。作為日本最大的房地產(chǎn)企業(yè)，大林組建造了日本無數(shù)的摩天大樓，太空電梯概念一直以來是他們宣傳的重要方向。部分資助這么一個大學(xué)里的小型科研項目并不昂貴，卻收獲了萬千讀者的關(guān)注，可謂是一次成功的品牌曝光。
太空電梯確曾有很多設(shè)想和努力
相比而言，人類的現(xiàn)有航天運載器往往存在著造價過高的問題，理論上講長期運送效率并不高。例如，人類歷史上運送能力最強的火箭是土星五號，它可以把接近140噸貨物運送到近地軌道，但造價卻高達驚人的12億美元（換算成今日美元價格）。而如果建成太空電梯，這個價格可以節(jié)省數(shù)百倍。即便是高昂的太空電梯建造價格，比起陸地火箭發(fā)射場的昂貴建設(shè)價格也不見得處于劣勢。
相比復(fù)雜的航天發(fā)射系統(tǒng)，太空電梯可以簡單至僅需支撐結(jié)構(gòu)、貨/客箱、平衡錘和繩纜結(jié)構(gòu)。要保證整條太空電梯系統(tǒng)的重心處在與地球自轉(zhuǎn)完全同步的點上，才能實現(xiàn)基本穩(wěn)定。這個點就是地球同步軌道、高達35786千米：在這里圍繞地球一周的時間恰好是24小時，電梯因而可以保持固定形狀和周期。
如果太空電梯能夠做成，無疑將極大改變?nèi)祟惡教鞖v史，普通人也將會有一覽太空風(fēng)景的機會。這項技術(shù)甚至可以廣泛應(yīng)用到人類開發(fā)月球、火星甚至更遠的世界，因而曾有無數(shù)科研項目與此相關(guān)。
1959年，蘇聯(lián)航天專家阿特蘇塔諾夫曾經(jīng)提出，首先發(fā)射一顆衛(wèi)星到達35786千米高的地球同步軌道，在使用平衡錘的情況下，可以從衛(wèi)星上釋放一條繩索經(jīng)過數(shù)月抵達地球表面并建立一條太空電梯。然而，以當時的技術(shù)根本不可能有足夠好的材料建造，要知道即便是這個長度的風(fēng)箏線也需要數(shù)千噸，更何況是平衡錘，這個量級至少翻倍。無論當時還是今日，人類的航天能力都遠不能發(fā)射如此重的載荷。
1966年，著名的《科學(xué)》雜志有一篇論文：根據(jù)太空電梯的設(shè)想研究其對材料的需求。后來發(fā)現(xiàn)即便是當時已知的最強材料——石墨、石英、金剛石——全部各項指標融合在一起，都遠無法保證太空電梯的強度需求，更何況當時并沒有任何一種技術(shù)能夠加工出如此的材料，關(guān)于太空電梯的熱情便告一段落。
1990年，隨著碳納米管的研究出現(xiàn)突破，美國國家航空航天局曾經(jīng)在馬歇爾空間中心組織了一次研討會論證這種新型材料的應(yīng)用潛力，其中一項便是建造太空電梯的可能性。不過這個研討會無疾而終，因為科學(xué)家們經(jīng)過分析還是認為現(xiàn)實技術(shù)距離需求差得太遠了。
2000年，NASA資助了科學(xué)家愛德華關(guān)于太空電梯的預(yù)研項目，他提出建造一種長達10萬千米的碳納米管結(jié)構(gòu)繩索太空電梯，同時做出了大量工程設(shè)計，例如防御對流層天氣、高層帶電粒子等，相比此前有了很大突破，例如降低了對材料的應(yīng)力需求。然而后來發(fā)現(xiàn)還是不具有可行性，工程和技術(shù)無法實現(xiàn)，最終該項目黯然退場。
隨著商業(yè)航天和新材料技術(shù)的發(fā)展，也有很多公司重新研究起了太空電梯的可行性，幾乎每一年都有新的太空電梯設(shè)計方案競賽。其中集大成者是著名互聯(lián)網(wǎng)公司谷歌神秘的X實驗室，繼續(xù)嘗試攻克碳納米管構(gòu)建長距離繩索的可能性，然而在投入不明數(shù)量的資金后發(fā)現(xiàn)，人類現(xiàn)有技術(shù)連建造一根僅1米長的繩索都無法滿足，最終完全放棄了太空電梯的夢想。
太空電梯設(shè)想困難重重難克服
綜合來看，“太空電梯”的設(shè)想雖然美好，但實際上幾乎是不可行的，面臨著各種無法克服的障礙，比如：
為保證重心在地球同步軌道，在這個軌道外側(cè)（超過地球靜止軌道）需要配比一個質(zhì)量巨大的平衡錘，重量需達到萬噸級別。人類目前最強大的火箭僅能運送10-15噸級別載荷到此軌道；
電梯運行期間會受到各種攝動干擾，為保持重心穩(wěn)定需要對這個巨大的平衡錘進行靈活控制，它的質(zhì)量已經(jīng)遠超人類能控制的航天器極限——國際空間站（420噸）；
被繃緊的纜繩需要承受巨大的應(yīng)力，人類現(xiàn)有最強材料碳納米管有一定應(yīng)用可能，但它僅是實驗室中存在的材料，無法量產(chǎn)，科學(xué)家們只能制造出極微量的實驗品，且花費是天價；
即便是碳納米管，它的長徑比也在1000：1級別（對比普通材料20：1已有極大提升），對比太空電梯的超長纜繩要求依然不夠；
不僅強度問題，繩纜不同位置由于重力加速度和圍繞地球運動速度不同，受到的切向應(yīng)力也大不相同，人類尚無一種靈活的材料能滿足這些要求；
地球大氣干擾巨大。大氣包含對流層、平流層、中間層、電離層等，對流層有風(fēng)雨雷電，平流層有橫向風(fēng)，中間層有劇烈溫度梯度和對流，電離層有高能粒子和磁暴等人類完全未知的空間天氣現(xiàn)象；
電梯廂并不簡單。航天中但凡從無人變成載人，都意味著成本陡增，人是所有航天探索中最脆弱的環(huán)節(jié)。太空電梯要進入太空，面臨復(fù)雜的大氣環(huán)境和宇宙輻射環(huán)境，電梯的防護要極端嚴格，而這無疑需要一個巨大的電梯廂，進而要求增大繩纜的應(yīng)力、強度、尺寸，形成無解死循環(huán)。
所以說，“太空電梯”設(shè)想雖然美好，但基本上沒有什么可行性，與其把目光放在這樣的噱頭上，還不如踏踏實實把精力放在開發(fā)現(xiàn)實可行的航天技術(shù)上。
