原创： 托天之福

看到这个标题的你，或许会问，什么是太空电梯？

太空电梯想象图。图片来源：io9.com
截止到目前为止，可以说“太空电梯”仍是一个人类想象中的产物，或者说是一种概念。可以概括为——人类构想的一种由地球通往太空的设备。不同于普通电梯让乘客往返于楼层之间，太空电梯使普通人能像乘坐电梯一样，借助一根连接天地的绳缆，自由且低成本往返太空。
 
但从古老的19世纪“太空电梯”设想被提出，到科技发展日新月异的今天，我们可以看到，我们与某公司宣称的“200美元去太空旅行”，距离越来越近了。

图片来源：腾讯新闻
接下来，托天之福将以时间为轴，为大家简单介绍一下“太空电梯”概念的发展史。

1.19世纪90年代，初代概念

1895年，俄罗斯科学家、著名的火箭科学先驱者康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基首次提出“太空电梯”概念，我们可将其称为“初代太空电梯”。他提出可以在地面建造一座超过3.5万千米高的“太空塔”，塔顶与在地球静止轨道上建设的“太空城堡”相连，从而可以利用此塔从地球上往“太空城堡”中运送人员、物资等等。像别的建筑物那样，这个塔的结构将受到压缩，从下面支撑其重量。
 
据说这是他在一次观赏埃菲尔铁塔的时候，受到其高耸姿态的启发：“如果把铁塔盖到35800公里的高度，那我们上天直接用爬的不就可以了？

由此，这个伟大的设想就诞生了。

2.20世纪，重要萌芽

康斯坦丁的概念塔是一个压缩结构，而现代概念要求拉伸结构（或“系绳”）。而从头开始建立压缩结构后被证明是不切实际的任务，因为在这种条件下没有足够的抗压强度来支撑其自身重量的材料。
 
到了1959年，俄罗斯科学家Yuri N. Artsutanov提出了一个更可行的建议。
Artsutanov建议使用地球同步卫星作为向下部署该结构的基础。通过使用配重，电缆将从对地静止轨道下降到地球表面，而配重从卫星延伸出地球，使电缆始终保持在地球表面的同一点上。

在思想激烈碰撞的20世纪下半叶，又有许多位科学家，投身到了“太空电梯”有关概念改造完善中。先人们呕心沥血的投入，表现出人类亘古以来对“飞离地球”“奔向宇宙”的一种迷恋，一种对神秘宇宙探索永不停歇的精神，也为21世纪航空航天事业的发展做出了杰出的贡献。

 

其中，1975年，美国科学家杰罗姆·皮尔森在《宇航学报》上发表的分析，是对这一概念的重大改造。感兴趣的小伙伴可以复制以下链接到浏览器打开自行查看这篇论文：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0094576575900211

 

他设计了一种锥形横截面，更适合建造电梯，完成的电缆在地球静止轨道处最紧张，其中张力最大，并且在尖端处最窄，以减少电缆上任何点必须承受的横截面每单位面积的重量。他建议使用配重，并将该配重缓慢延伸到144,000公里（89,000英里），几乎是电梯下半部分的月球距离的一半。理由是如果没有大的配重，由于重力和离心力随着离地球的距离而改变，电缆的上部必须比下部长。

 

随着90年代碳纳米管的发展，有科学家开始意识到这些材料的高强度可能使得空间电梯的概念成为可行，于是，有识之士在美国马歇尔太空飞行中心组建了一个研讨会，邀请许多科学家和工程师讨论概念并编制电梯计划。


（碳纳米管示意图）
接着，在临近千禧年的1999，美国宇航局马歇尔中心的先进办公室发表了《天梯:太空的先进基础设施》一文，标志着天梯将从幻想走向现实。
 
至此，太空电梯终于成为了真正的科研对象。