太空电梯照进现实还有多远

文｜黄驰涵

人们总是盼望着，在未来的某一天，能够坐着“天梯”去太空。电影《流浪地球2》中的太空电梯给了我们希望。太空电梯有着精美、炫酷的视觉效果，尤其是它起飞和降落的场面，给观众带来了巨大的视觉震撼。这样一个宏伟的设想，在现实中真的能实现吗？

太空电梯的历史渊源

相信很多人都是在看到刘慈欣的著作《流浪地球》之后才知道太空电梯，然而，太空电梯的真实历史要久远得多。

早在1895年，著名的火箭专家和宇航先驱者康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基在参观完巴黎的埃菲尔铁塔之后，突发奇想：如果在地面上建立一座超高的铁塔，直通地球同步轨道，内设电梯，那么人类不就可以搭载电梯进入太空了吗？

真正从技术角度描述了太空电梯问题的是科幻作家亚瑟·查理斯·克拉克。据英国《每日邮报》报道，亚瑟·查理斯·克拉克在1978年出版的《天堂之泉》中曾描写过关于太空电梯的构想，人们可乘电梯去太空观光并运送货物。“如果空间的物体能够保持与地面的相对静止，那么为什么不能从这个物体上方架设一条缆索，用它把宇宙连结起来呢？”亚瑟·查理斯·克拉克曾这样说，而太空电梯就是对亚瑟设想的一个完美呈现。

太空电梯的电影拍摄

“在地球的夜空中，移动的星星日益增多，那是人类在太空轨道上的大型建筑物。”这是刘慈欣小说《三体》中的内容。“移动的星星”以火箭般的速度往来于太空与地球之间，它以这种优雅而高效的方式替代了传统的火箭发射，让人类真正开启对宇宙的探索与建设，它其实就是太空电梯。

电影《流浪地球2》中的太空电梯高耸入云，是当之无愧的通天塔，仅仅预告片中的惊鸿一现就相当惊艳，电影院中的观影效果更让观众大呼过瘾。在航天科普界有一句戏言：“只要给发动机动力，板砖也能飞上天。”主创团队也许是为了致敬这句话，把太空电梯的桥箱设计成了一个“大号板砖”。

在制作过程中，电影《流浪地球2》整个团队都潜心于对太空电梯的体量感、重工业质感以及现实基础做精细的研究，尽最大可能让观众感受到太空电梯的气势磅礴。制片人龚格尔表示，希望用尽量贴合现实的科学设计，让观众尽可能相信这是可能实现的。美术指导郜昂更将太空电梯比作“宇宙级高速公路”，其恢弘震撼可见一斑。视效总监徐建表示，影片中的太空电梯采用分段式动力推进：第一阶段是发动机喷射，后一阶段是通过磁力抓取，最终完成和空间站的对接。导演郭帆在谈及太空电梯的拍摄过程时这样说：“这么庞大的一个场景，要运动的话，底下就铺满了弹簧以及电机。当它开动起来就像拖拉机一样，手都在震。”

太空电梯的建设难度

既然太空电梯那么方便，那为什么至今还没有实现呢？最大的“拦路虎”其实是在它的缆绳材料选择上。从地面到35 786千米高度的超长缆绳自重很大，综合折算需要在地面重力下承受4 960千米长度自重的材料，这就需要极高抗拉强度和低密度的特种材料。目前可实现工程应用的抗拉强度最高的碳纤维材料，抗拉强度只有7吉帕斯卡左右，断裂长度约数百千米，远远无法满足太空电梯缆绳的需求。

2013年，清华大学魏飞教授团队将生长每毫米长度碳纳米管的催化剂活性概率提高到99.5%以上后，成功制备出了单根长度超过半米且具有完美结构的碳纳米管。2021年12月，中国、俄罗斯等国家科学家组成的国际研究小组在《科学》杂志撰文指出，使用一种插入电子显微镜的独特工具，制造出了一种超微型晶体管，为太空电梯带来了一线曙光。

然而在实际应用中仍然会碰到各种各样的问题，比如在太阳风暴和地磁风暴发生时，会感应出足以烧毁设备的电涌，如何消弱这种电磁效应？太空中没有空气，太空电梯缆绳受到的太阳光辐射、电梯轿厢摩擦产生的热量只能通过辐射散热，如何避免过热烧熔？意外事件突发时，比如太空垃圾碰撞、太空电梯卡住、轿厢坠落等，如何制定紧急逃生方案？从理论到工程实践，太空电梯还有一个巨大的跨度。

尽管有许多问题亟待解决，但是向往着遥远星空的我们并不会畏惧。太空电梯的出现，必将改写整个人类的文明史，把整个文明史割裂为两半。一半是婴幼儿期，活在摇篮里；另一半是成长期，离开摇篮，走向无限的世界。

太空电梯什么时候能建成呢？“大概在大家不再笑话它的50年后吧。”