梦想照进现实之太空梯传奇 

文/小蓟

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放下一条缆索，用它把地球和宇宙连结起来呢?

—— 阿瑟·C·克拉克，1978

前传：未来学家

谈到科学，人们通常只记得科学家，却忘记了另一种人，那就是所谓的未来学家（Futurist）。我们这个故事的第一个主角——未来学家阿瑟·C·克拉克1917年出生于英格兰西部的一个小镇上，三年之后，他的一位更有名望的同行——阿西莫夫才出生。没错，克拉克是个写科幻的。

1978年，克拉克创作出了《天堂的喷泉》，这部小说包揽了星云、雨果两大科幻文学奖项，它最闪亮的主角就是太空梯——这是太空梯第一次栩栩如生地出现在大家面前。

那么，太空梯到底是什么？

从理论上说，太空梯这东西其实并不神奇。在地球赤道的海面上建造一个平台，然后，用飞船放下一条长达10万千米的绳索，把它固定在这个平台上，让它随地球一起转。然后，用一个由激光提供能量的爬升器沿缆绳上上下下地移动，运送飞船、建筑材料甚至乘客，就可以不动声色地把地球和太空联在一起了。

“只要你能到达离地面约160千米的近地轨道，你的太阳系旅程就完成一半了。”科幻小说家罗伯特·海因莱因的这句评价既像一首颂歌，又像在讽刺：虽然火箭技术已经耗费了上亿美元，到达离地面160千米近地轨道的那段旅程依旧是最艰难的部分。

看来，利用太空梯完成这段最艰难旅程的唯一难题就出在制造太空梯的材料上。太空梯的材料要既坚固又轻巧，还要能抵御一切腐蚀。为了得到这种曾被科学家视为“无法得到”的材料，科学家们苦苦等了几十年，直至找到一种纳米材料，才终于看到了解决太空梯材料问题的曙光。

第一回合：秘密实验

很长一段时间以来，太空梯计划因为材料问题一直被搁置着。直到1991年，日本科学家饭岛住男发现了一种新材料——纳米管，事情才有了转机。

由石墨的碳原子层卷曲而成的碳纳米管，直径仅1.4纳米，一小束单壁碳纳米管的质量只是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的十倍以上——在它们身上，我们终于看到了太空梯的曙光。1999年，美国国家航空航天局在一份可行性报告中指出，太空梯系统是可行的。从此，建造太空梯的想法开始得到了越来越多的支持。

2005年9月20日，在华盛顿东部的一个秘密地点进行了一场秘密的机械爬升器实验。

实验为什么要秘密进行呢？实验的主持者“升舱”公司解释说：“万一我们那个23磅重的机器人从绳子上掉下来，我们可不愿意看到它下面正好有个观众。”

“升舱”公司的实验人员使用安全绳将一个直径约4米的气球固定在空中，气球上连接了一条用合成玻璃纤维制作的“绳梯”。然后，一个爬升机器人将沿着悬在空中的“绳梯”小心翼翼地练习升降。这次实验非常成功，一个名叫“达摩克利斯之剑”的机器人顺利地沿着合成绳爬升了大约305米。这个消息非常鼓舞人心，当年的报纸用大幅标题写道——“305米太空梯实验成功，首届太空梯竞赛即将举行”。

第二回合：机器人和缆绳大海选

新闻标题预报的“首届太空梯竞赛”在2005年10月如期举行了。这场得到美国国家航空航天局的“新百年挑战”项目资助的竞赛，是为制造太空梯而举行的“光束能与缆绳挑战赛”，奖金为5万美元，第一届就吸引了10支队伍参赛。

顾名思义，“光束能与缆绳挑战赛”分两个小竞赛，其中一场比赛的主角是利用光束能的机器人；而另一场比赛的主角则是缆绳——显然，这是对太空梯的两个关键部件进行的一场简化海选。

根据光束能竞赛的要求，每支参赛队伍需要提供一个攀爬机器人——这种机器人力气要够大，堪比蜘蛛侠，“吭哧吭哧”爬上61米高的缆绳，既不腰酸，也不会背疼；同时，它还要吃得够少，因为给机器人提供能量的光能电池所依赖的光源，仅仅是一盏由地面向上照射的工业用探照灯——显然，这是在寻找最适合的太空梯用爬升器。要赢得5万美元的奖金，机器人不但必须背着足够的重量攀爬上61米高的缆绳，爬升的平均速度还必须保持在1米/秒以上。不过，可惜的是，第一年比赛结束时，不仅没有一支队伍的机器人能达到平均速度的要求，而且参赛机器人中最高的才爬了12米，与竞赛项目所要求的61米高度相去甚远。

相比之下，缆绳大赛的要求就简单些了，它只是要求参赛队要造出一根重量在2克以内的缆绳，这根缆绳的负重能力只要优于“走向太空”基金会用市场上现有材料制成的家用绳索就行了。然而，令人遗憾的是，家用绳索太坚固了，它们的负重能力远远超过所有参赛队制造的缆绳，出身平凡的它们在断裂前的最大负重能力是590千克，而表现得最好的犹他州盐湖城人马座航空队所制缆绳的最大负重能力仅为544千克。

但是，2005年令人失望的比赛结果并没有影响2006年比赛的踊跃报名。

其实，无论地球上的比赛条件多么苛刻，都无法与太空梯将要在太空中面对的真正的挑战相比。2006年12月，美国华盛顿的一个名为“无限缆绳”的公司对一个多用途耐用缆绳系统进行了火箭升空实验。这个系统一旦到达指定轨道，它的三颗卫星就会散开，其间系着一千米长的绳索。卫星在轨道中上下移动，以检测缆绳系统在太空中的抗磨损、拉伸、剪切的能力——这些检测数据至少能部分代表太空梯缆绳在将来会遇到的情况。

两个缺陷

纳米太空梯计划真有那么完美吗？就像所有长篇科幻小说中描述的情节一样，为了增加故事的复杂性与激动人心的程度，太空梯计划当然会面临很多缺陷。

2006年，第二届“光束能与缆绳挑战赛”刚结束不久，就有科学家指出，太空梯的乘坐者将面临致命的辐射。因为在我们这个星球的外层，在距离地面1千米至2万千米的区域内分布着一条强度很高的辐射带。在穿越这条辐射带的过程中，所有从事航天飞行的宇航员都将受到辐射的威胁。只是对乘坐火箭的宇航员而言，因为上升的速度很快，受到射线照射的时间很短，计量根本不足以致命。然而，太空梯的爬升速度较之火箭可就要慢多了——据估计，不会超过200千米/小时。这就意味着，搭乘太空梯的宇航员必须在辐射区中至少待一天，受到的辐射计量足以致命。

针对辐射问题，科学家们曾提出过多种解决方案，在这些解决方案中，有一部分并不能解决问题，而另一部分则带来了更棘手的新问题。

某解决方案就提出：如果把起始平台设在远离赤道的地区，辐射带的强度就不至于太高。但专家们认为，即使这样，仍无法确保宇航员不会受到致命计量辐射的伤害。况且，如果太空梯的起始点不在赤道，我们就必须考虑由地球旋转所产生的科里奥利力，这种力将使太空梯发生偏转——也许我们可以叫它“比萨斜梯”。

另外一种解决方案则提出，在太空梯外部建造一个防护层。但是，这会使得太空梯“变得异常笨重和复杂”，难以克服地球引力的影响。还有的方案则预想在太空梯周围构建一圈人造磁场，但此举      

同样会严重削弱太空梯的“升力”，导致向太空运送物资和人员的能量消耗大幅度增加。

当然，对如何解决辐射问题，研制太空梯的科学家们还是信心十足的，他们相信一定能找到克服宇宙辐射的有效方法——尽管这会导致整个计划的耗资远远超过最初的设想。

只要有钱和时间，辐射问题自然就可以解决，但另一个问题就没那么简单了。

对太空梯的第二个质疑也是在2006年提出的。意大利一位名叫尼古拉·普哥诺的科学家质疑道：“用纳米管做成的绳索真有那么牢靠吗？”普哥诺的研究结果表明：虽然单根碳纳米管的强度极高，但要做成太空梯所用的缆绳，必然要将很多纳米管交织缠绕在一起，因此将导致纳米管的破裂。事实上，根据对高质量纳米管的测算，纳米管缆绳每打1012个结，便会流失一个碳原子，加之每4微米长的纳米管便存在一处缺陷，因而，这些碳原子的流失对纳米管的强度而言绝对是致命的——纳米管每流失一个碳原子，它们的强度便会相应降低30%。所以，由这种纳米管制造的体积庞大的材料更不牢固。普哥诺甚至认为，碳纳米管中上述形式的缺陷将会令缆绳的强度降低70%；而且，即便毫无缺陷的纳米管能够用于制造太空梯，来自微陨星的撞击，甚至氧原子的腐蚀都有可能使纳米管强度减弱。所以，在回答太空梯是否能成为现实的问题时，普哥诺说：“按照当今的技术水平，这个梦想永远甭想实现。”难道利用纳米材料做成登天的缆绳真的只是美好的幻想吗？

另一位太空梯超级粉丝——物理学家布拉德利·爱德华兹则对普哥诺的这个结论嗤之以鼻。这位被视作太空梯科学家代言人的爱德华兹先生从小就梦想成为宇航员，却因为体检发现身患哮喘而不能如愿。后来他很努力地学习物理学，先在洛斯阿拉莫斯的某实验室从事研究工作，其间参与撰写了美国航空航天局的太空梯系统可行性报告。据说，某一天，爱德华兹偶然看到某网页暗示太空梯的计划可能三百年之后才会成为现实，忽然觉得义愤填膺，于是，他毅然辞去自己在洛斯阿拉莫斯做了十一年的研究工作，开了一家公司专攻太空梯技术。

这样一个人，当然要对所有泼向太空梯计划的冷水进行反击。他说：“现在生产的大部分碳纳米管既短，又相互缠绕。碳纳米管可用作建筑物质(如混凝土)的强化材料。而要做太空梯，我们需要的理想纳米管应该是长长的，且排列整齐的。”

在这一点上，“无限缆绳”公司的首席执行官罗伯特·霍伊特的看法或许更务实，也更富于建设性，他说：“要构建太空梯系统，需要我们强化纳米技术的开发能力，并提高我们的材料加工水平，使其达到前所未有的完善程度。我们应该不断地努力，而不是等着从天上掉馅饼。”

我们不得不承认，霍伊特的表态很有作为“标准答案”的潜质，毕竟，所有伟大梦想的实现需要的永远是不断的努力。太空梯也一样。

如果太空梯……

太空梯计划到底能不能实现呢？答案是肯定的，模糊的只是相关的时间表而已。根据“升舱”公司的计划，他们将努力在2018年建造出达到实用水平的太空梯系统；而著名的太空梯粉丝爱德华兹也曾在2004年表示：“平心而论，我们要弄出一个太空梯来，大概需要十五年时间。”然而，随着对太空梯缺陷的质疑，这个计划仿佛正在推迟。但是，前途的遥遥无期并不能扼杀我们的太空梯之梦。

在那场太空梯之梦中,我们将经历一场热带海洋中的巡航，来到太平洋中心一个巨大的平台上。从这里看过去，海洋很平静，天空是澄静的蓝。

面前的平台是一座耸入云霄的电梯的底座，走进去，一场极富异国风情的太空冒险就开始了。电梯里会有金刚石复合材料制成的透明窗户，当电梯升空时，千万别忘了看看窗外，看看脚下的海洋和大地逐渐显现出的弧度，看看头顶的天空逐渐从深蓝变成漆黑。毫无疑问，这将是一次难忘的经历。

未来学家克拉克：1945年，28岁的克拉克给《世界无线电》杂志写了一篇科学设想论文，文中详述了利用地球同步卫星进行通信的美好前景。今天，当我们享用同步卫星带来的通信便利时，几乎把它当成了理所当然。这篇关于用同步卫星进行通信的论文，为克拉克赢得了“技术性未来学家”的称号。因为提出地外中继的概念，克拉克被有些人称为“通信卫星之父”。不过，克拉克本人却谦虚地说：“我不是通信卫星之父，最多只能算是外祖父而已。”

太空梯之梦编年史

克拉克之所以能想到太空梯这种东西，还是吸收了之前科学家们的思想的。从这个想法首次出现，到克拉克把太空梯计划打扮得光光鲜鲜地呈现到大家面前，太空梯在科学家们的脑中已经待了近百年。围绕在这个灵感四周的，是数位科学家智慧的碰撞，过程相当复杂。

1895年，受崭新的埃菲尔铁塔的启发，自学成才的俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基便开始设想一种“天上的城堡”。在他的设想中，人类可以建造一座直通太空的高塔，再在塔顶建造一座天堂似的太空城堡；高塔内有电梯，人们可以乘坐这架电梯在地球和太空之间自由往返。

五十年之后，俄罗斯另一位工程师尤里·阿图塔诺夫为太空梯注入了一点现代科技的概念。他建议，将一条缆绳从一颗地球同步卫星上垂下，绳索随着地球一起旋转，这种旋转产生的离心力抵消地球的引力，绳索便得到了一个向外的张力，这样，自动竖起来的绳索就可以依托绳索做太空梯了。（其实，所有这一切就像在你头顶甩动一条拴了一只小球的绳子般，毫不神秘）。可惜，这个人的报告只在俄罗斯的报纸上出现过，生活在俄罗斯之外的人则无缘得见。

1966年，在《科学》杂志的一篇文章里，美国的海洋学家约翰·艾萨克斯和他的合作者简述了极细的金属丝可以从地球上伸展到一颗地球同步卫星上的科学原理，但这篇文章同样没有引起太多公众的关注。在艾萨克斯的文章发表了十一年之后，美国空军研究实验室的杰罗姆·皮尔森的一篇文章才把太空梯的概念放到更多的工程师面前——克拉克正是在看到皮尔森的文章之后，才决定利用这个想法写一篇科幻小说——即《天堂的喷泉》。经历了如此一番曲折后，太空梯的概念终于被推到了公众面前。