登天有道

吴　戈

真实的通天路

巴比伦的通天塔其实有名无实，据考证它只有200余米高。原因在于他们想：神自然会到塔顶来见他们。《聊斋志异》里的《偷桃》就比较神奇：一术士将一根绳子抛入云端，他儿子攀绳而上，从王母娘娘园中偷桃一个。不久绳断，儿子的身首纷纷坠落，得了官家许多抚恤银两后，术士的儿子突然完好如初。有人考证这是一种印度幻术。

从10月20日开始，在美国新墨西哥州拉斯布鲁塞斯的沙漠里，一些人也在为找一条登天路而手忙脚乱。他们显然没有那么魔幻，试验中的“通天塔”是一根被吊车悬挂起来的55米长的绳子。登天的是几台机器人，或者叫“爬升器”。从2005年起，美国“飞向太空”基金会组织了天梯大赛。今年为期3天的比赛是第二届，有16个队参加。携带相同的重量，谁的爬升器能以超过1米／秒的速度登顶并返回，就能赢得NASA“百年挑战赛”计划提供的20万美元大奖。

这些人依据的是牛顿力学。一个物体达到一定速度，就既不会飞离地球，也不会落下来。如果这个速度和地球自转速度相等，从地球上看物体就像静止一样。说到这个，老师也许会在黑板上画条线，把物体和地球连起来。如果真有这条线呢?理论上就可以顺着它爬到天上去。

这样的想法最早被俄国火箭先驱齐奥尔科夫斯基在1895年提出，不过他设想的是一个建在巨塔顶端的“天空之城”。阿瑟·克拉克1978年的科幻小说《天堂的喷泉》描述了一个建在赤道岛屿上的“天梯”。具体方案最早于上世纪60年代出自前苏联工程师尤里·阿楚塔诺夫。

设想的天梯重心位于距地面3．58万公里左右的地球同步轨道上，从这里再往上、往下同时修建数万公里的缆索。由于离心力刚好抵消地球引力，就绷紧了一根“顶天立地”的天梯。之所以是幻想，因为一直没有材料能造出强度和重量符合要求的缆索。当年有人问克拉克：天梯需要多长时间才能实现?他的回答是：“大家停止嘲笑后的50年。”

1991年出现了碳纳米管，天梯的可行性突然大了起来。在2003年9月15日的第二届国际天梯会议开幕式上，克拉克从斯里兰卡的家里向大会更新了他的预测：“它将在大家停止嘲笑后大约10年建成。”

纳米管之惑

天梯的成败99％系于碳纳米管这样的材料技术，正是它使科学家相信天梯变得可行了。

这种1991年由日本科学家无意中发现的世界最强的材料比钢轻6倍，强度高100倍，同时又像塑料一样有柔性。天梯要求材料承受60吉帕斯卡的拉力，相当于两端各有10万人的拔河比赛。单个的纳米管能够承受平均约100吉帕斯卡的拉力，但它的强度受结构缺陷影响很大，少一个碳原子，强度就会减少30％。直到2005年，最长的纳米管材料只能达到数厘米，编成缆索后，1米长的缆索强度还不到1吉帕斯卡。更大的问题是，其成本高达500美元／克，全球每天的产量不到45斤。

天梯系统在大气层内要经受闪电和风云雨雪的冲击、在太空要经受彗星、流星和太空垃圾的撞击。它还是一个长期建筑物，一旦断裂，上半部将永远漂入太空，上百亿美元的投资，甚至包括正在运行的爬升器都将付之东流。如果载人运行，还必须考虑紧急救援的问题。再先进的材料，能否担当这样的重任，都需要深入研究。

(吴滨摘自《三联生活周刊》)