很多电影和小说都出现过太空电梯这个建筑，那么在现实中有可能实现吗 会用什么材料建造而成

有意义，有实现的可能性。在可以预计的未来，这是人类正在走出地球，走向深空的唯一可行办法。有了太空电梯，进入地球轨道的难度和花费将会大大降低。人类可以在地球轨道建立大型的永久性空间站，也可以在轨组装深空探测的飞船。化学能推进的火箭时代，这是不可能的事情。

建造太空电梯的轨道站不是很难的事情，和平号空间站的大小已经足以开始太空电梯最基础的运营，太空电梯的剩余巨大的扩建工程，可以等其建成之后，用电梯运上来，再进行扩建。太空行走技术现在也很成熟了，在轨拼接也只是时间问题。

维持其位置不变也很简单，反正有了电梯，可以不断地运送廉价燃料上来。以前火箭是不会用那么便宜的燃料的，否则比冲不够，飞不上去。但是现在运费便宜了，便宜的燃料就可以定期送上去，用以发动机点火来维持高度和位置。

至于电梯舱的动力，最实际的方法是在地面上用大概率激光照射电梯舱，给其能量，转化成电能往上爬。电梯舱不自带燃料，这极大地减轻了重量，增大了运力。

最难的，真正的难点还是那根电梯绳。一根钢丝绳，从高处垂下来，只需9000米长，就会被自己的自重所拉断。而且在对流层内，气候极其多变，高空强风，雨雪冰雹等强对流天气，电离层的高活性氧都是很大的威胁。人类想要建立太空电梯，就需要一种极轻，极其坚韧，又性能非常稳定的材料。

目前来说没有。据说现在的碳纳米管有希望。不过能不能量产，量产出来效果怎么样还有待验证。等着吧，只要材料技术出现大的跨越。国际联合起来，搞个太空电梯还是有希望的。到时候可以不停地往上运输燃料，材料，人员。轨长期居住，太空旅游，在轨组装大型空间站，在轨组装大型宇宙飞船，都可以成为现实了。

要致富，先修路。

但婴儿不可能永远留在摇篮里，所以人类也在努力 探索 太空。然而无论是送人上太空或是送探测器上太空， 现在唯一的方式就只有火箭 ，它是人类目前唯一能把有效载荷送上太空，甚至是太阳系边缘的运载工具。

但所有人都知道，火箭绝无可能把人类文明带进太空时代，因为它的效率和运载能力都太低了， 虽然马斯克的可回收火箭能降低相当大一部分发射成本 ，但想要把数十万吨甚至数百万吨的有效载荷送上太空，依然是不可能的事。

归根结底，火箭发射是一项十分复杂的综合性技术，涉及火箭推进技术、控制和制导技术等多种高精尖 科技 ，而且舰体、发动机等设备都十分昂贵， 所以现有的大部分火箭基本都是一次性运载火箭。

2021年把两颗通信卫星送上太空同步轨道的阿丽亚娜5型运载火箭，在当时的报价为每次发射任务 1.78亿美元 。德尔塔五型重型火箭是美国现役的最大型号运载火箭，能够将11吨有效载荷送上月球，8.8吨有效载荷送上火星轨道。如此强大的能力下费用也极其高昂，每次发射高达 4亿美元 。

因此科学家们一直希望能有一种足够简单，运载能力也足够大的新型设备，用于取代笨重的火箭，让人类得以大规模进入太空。

1895年，一位中年人正在参观法国的埃菲尔铁塔。 在当时埃菲尔铁塔还是世界上最高的建筑 ，看着高耸入云的塔尖，这位中年人突发奇想：能不能在赤道上建造一座直通太空的塔，像圣经里的巴别塔一样，这样一来人们乘坐升降梯就可以到达太空。

这个中年人就是现代航空航天之父，俄罗斯火箭科学家齐奥尔科夫斯基，若干年后，科幻小说大师阿西莫夫在他的长篇小说 《天堂的喷泉》 中详细阐述了太空电梯的建造过程：

“在赤道上空36000公里的同步宇宙空间站里，把一条缆索和地面上巨大的轨道塔链接， 由于该空间站和地球同步，所以相对于地球来说空间站就是静止 的，如此一来就可以不使用火箭也能进入太空，有效载荷也可以大幅提高。”

任何人在看到太空电梯后， 都会惊叹于它的简单明了， 因此在科幻作品中，高耸入云的太空电梯成了人类文明未来往返近地轨道的标配。

但问题是，太空电梯对材料的要求太高了，想用太空电梯连接地球与太空， 就必须准备若干条长达10万公里的缆绳，而且要把保证这些超级缆绳不会被地球引力压垮撕碎 ，同时也不会被自己的质量压断，最重要的是这些缆绳的造价必须足够便宜，唯有如此，太空电梯才能逐渐在全球开枝散叶。

近几十年来，纳米技术的发展，尤其是碳纳米管的发展，已经让人们看到了一丝建成太空电梯的曙光，因为这种材料的抗拉强度是钢的100倍，但是密度只有钢的六分之一， 是一种非常理想的材料：足够轻，足够坚韧。

日本建筑公司大林组，放言要在2050年建成太空电梯，它们将从地球上抛出一条长达96000公里的碳纳米管电缆，为了稳定塔身， 自身还有12500吨的配重 ，预计可承载100吨的乘坐者或太空探测器。

在用计算机模拟了建造数据后，大林组认为建成太空电梯在技术上是完全可行的， 首先建造这些数量庞大的碳纳米电缆大概需要20年 ，然后先在地面部署20吨的电缆，再进行大约510次加固，在十八年内连续上升高度。主体电缆部分完工之后，在一年内就可以完成其他部分的建造。

太空电梯一旦建成，预计每次升空所消耗的能量不及火箭的百分之一，利用车厢将货物送往太空站或空间基地，将大大节省人类 探索 太空的成本， 同时还可以发展太空 旅游 业，游客可以不经任何训练就可以登上太空 ，实现真正意义上的去太空“ 旅游 ”。

虽然可能价格不会太便宜， 但相比动辄上千万美元的私人太空游 ，太空电梯为普通人实现太空梦提供了更多的可能性。

在上个世纪，人类做了一些相当了不起的事情。莱特兄弟在1903年发明了第一架飞机之后，我们仅用了66年的时间就将一个人送上了月球。我们的工程和科学能力显然令人惊叹，但也许是时候让我们来看看超越以往任何想象的挑战了……也许现在是时候建造太空电梯了。

什么是太空电梯呢？

太空电梯的概念最早是由康斯坦丁·齐洛夫斯基（Konstantin Tsiolovsky）于1895年提出的，他是同一位绅士，他提出了著名的“火箭方程式”，将火箭送入太空（从根本上说，他对太空事业的贡献是巨大的）。

齐奥洛夫斯基的太空电梯概念是受埃菲尔铁塔启发的，埃菲尔铁塔大约在同一时间建造。

他想知道人类是否可以建造一座足够高的塔，塔的顶端可以延伸到太空中很远的地方，这样我们就可以不用发射火箭到达那里，而只需跳上这座高得离谱的建筑上的电梯，越过重力的屏障到达恒星！

目前，世界上最高的建筑是迪拜的哈利法塔，高达829.8米（2722英尺）。它保持着人类创造的最高建筑的纪录，超过了此前华沙无线电桅杆646.38米（2120.7英尺）的纪录，后者在建造过程中实际倒塌。可行的太空电梯必须至少高达35,786公里（22,236英里），这是物体到达地球静止轨道的高度。相比之下，如果哈利法塔只有一个咖啡杯的高度（8.25厘米），那么太空电梯的高度将是3.56公里—比哈利法塔实际高度的4.3倍还要高！

哈利法塔，图片来源：mafengwo

对地静止轨道是从地球表面到赤道的高度，物体完成一个轨道所花费的时间与地球的旋转周期相同，即一天。从本质上讲，这意味着，如果您乘坐的航天器在地球静止轨道上，就在地球某个点的正上方（比方说，印度尼西亚的坤甸就在赤道上），那么您永远都不会相对于该点移动。因此，如果您向下看，这座城市将始终保持在您下方，如果您在轨道上，该城市将永远不会相对于您移动。

太空电梯应该由什么来制作呢？

记住，36000公里（达到地球静止轨道）是我们需要达到的最低高度，太空电梯才能正常工作。然而，质量中心必须在地球静止轨道高度；再低一点，系统就会变得不稳定。理想情况下，太空电梯的高度约为100000公里（62000英里）。想一想……我们说的覆盖距离实际上是到月球距离的三分之一！在这段距离内，我们将不得不开始建造太空中的大部分电梯，还有几艘大型宇宙飞船和数千人在零重力下建造这座塔。

请记住，36,000公里（到达对地静止轨道）是我们使太空电梯正常运行所需的最低高度。

但是，质心必须在对地静止轨道高度上；稍微低一点点，系统将变得不稳定。理想情况下，太空电梯的高度约为100,000公里（62,000英里）。想一想……我们正在讨论的距离实际上是距月球距离的1/3！在这样的距离下，我们将不得不开始在太空中建造大部分的电梯，这依靠着几艘大型太空飞船和成千上万的人在零重力下建造塔的努力。

另一种方法是将一个巨大的色带线轴发射到对地静止轨道上，然后将其向下放到地球上，而另一个线轴被向上释放（远离地球）以抵消力并停留在轨道上。最初的飞船将停留在对地静止轨道上，并有长电缆沿两个方向延伸。这个想法看起来像是科幻小说中的东西，它似乎也确实是这样。这项工作所需的工程和材料技术比我们目前的能力要先进得多。

太空升降机需要极高的抗拉强度，才能抵消将这个巨大的100,000公里结构拉下的重力以及将其拉动的配重的离心力和惯性（我们一会儿就会了解到）向上。它需要在极端高温和低温，来自大气的不可预测的力以及来自外层空间的辐射中保持稳定并发挥功能。最重要的是，它必须在不断撞击的微小陨石和太阳风粒子中存活下来。是否确实存在满足所有这些要求的物质？我们认为碳纳米管可能是答案。

碳纳米管

碳纳米管是纳米工程的圆柱形碳结构；自然界中，我们无法找到它们，而且它们很难制造。它们是迄今为止发现的最坚硬、最坚固的物质，而且具有很高的抗拉强度，这正是我们需要的那种太空电梯材料。它们也具有导电性，因此我们无需铺设额外的电线即可为攀登者或电梯供电。

然而，即使碳纳米管电缆有着巨大的强度，碳纳米管电缆也只能在破碎前支撑其自重约5000至7000 km，远远小于太空电梯所需的100,000 km。话虽这么说，技术的进步最终可能使我们达到可行的阶段，以生产出正确的材料或操纵我们已经拥有的材料。

配重

太空电梯的顶部也将需要配重。换句话说，电梯必须被固定在非常重的物体上，就像它被固定在地底一样。你建造的电梯越高，这个配重就需要越轻，以抵消你增加到电缆本身的额外质量。配重是确保地球静止轨道高度以上的质量与其以下的质量大致相同所必需的；因此，向上拉动系统的离心力等于向下拉动系统的重力。

如果我们建造最小高度为35,786公里（22,236英里）的太空电梯，则配重将需要很大，像月球大小的三分之一那么大。一种方法是捕获一颗小行星，并将其带入环绕地球的轨道，这时我们可以建造通往它的电梯。如果大约在6500万年前有伟大的人类工程师，那么消灭恐龙的小行星也许可以用来建造太空电梯……

如果您的电梯高度超过50,000公里，它的顶端会绕着地球快速移动，达到所谓的逃逸速度，即你将飞出绕地球轨道的速度。在那一点上，你可以简单地跳出电梯到达月球，尽管你的轨道计算必须非常精确才能避免漂浮到太空之中。如果恒星（或行星）对齐，那么使用延伸到100,00 km的电梯，您将有足够的速度来计划前往木星。

如果这么难，为什么要建造一个太空电梯呢？

所有这些问题似乎收效甚微。考虑到物理、科学和经济的限制，建造太空电梯几乎是不可能的。再者，有必要吗？我们已经能够把东西送上太空，国际空间站上也有人居住（尽管他们在大约450公里的近地轨道上，而不是100,000公里）。答案是成本。目前，将一磅（0.45公斤）的有效载荷送入环绕地球的轨道大约需要10,000美元；对于星际旅行，这笔费用会高得多。建造太空电梯后，发送相同有效载荷的成本将在90美元左右，成本降低99%。

建造太空电梯将是人类迄今为止最雄心勃勃的工程。这使得莱特兄弟的成就相比之下显得微不足道，尽管意义不小。人类似乎总是通过自己的工程能力找到超越自己的方法。我们总是在寻找下一个要克服的障碍，下一个要克服的挑战。也许建造太空电梯需要的技术和人力是我们今天根本无法想象的，但不要忘记，150年前，飞行对人类来说仍然是一个遥不可及的梦想。从这个角度看，真的不知道我们离建造100,000公里的太空电梯有多近！