天梯！揭开美国天梯太空计划的神秘面纱

中国媒体对美国“Space Elevator”(即“天梯”，也曾直译为“太空电梯”)的关注始于去年夏天。现在，通过CNN、NBC、BBC和一系列西方主流科技报刊的披露，这个前所未有的太空计划逐渐褪去了神秘的光环。然而中国人对该计划背后的运行模式知之甚少。“天梯”项目的科学家从来没有故弄玄虚，恰恰相反，令他们殚精竭虑的是让全世界公众都与“天梯”零距离接触。公众认知度，是“天梯”计划的一项指标和任务。

“天梯”项目得到了美国国家航空航天局“先进理念研究所”(NASA Institute for Advanced Concepts)的许可和支持，由至少20多个研究机构参与，其领衔科学家是美国物理学家布拉德利 C 爱德华兹博士。

建造“天梯”的前提是，运用人类现有的成熟技术和近期有望获得突破的新技术，确保其可行性。研发报告认为，建造“天梯”可能涉及的技术门类目前都已基本成熟，只有一项例外，那就是承载负荷必需的高强度材料 碳纳米管纤维。

“天梯”研发报告曾经指出，过去人们的估计过于悲观：“天梯”的建成至少需要300年时间；其实少则15年，多则50年后，“天梯”便可投入实际应用。但条件是，其间的研发费用必须按计划筹得 大约100亿美元。

对于爱德华兹来说，“天梯”虽然摆脱了科幻色彩，但筹款却是最现实不过的难题。为此，去年他接受了西弗吉尼亚“科学研究所”(Institute for Scientific Research)的要职。当时他认为这有利于“天梯”计划获得技术和资金上的支持，在政界也颇能开展一些有力的游说活动。然而时隔一年，爱德华兹出人意料地辞职了……

他清醒地认识到，由于“天梯”的出现将直接威胁以常规方法发射卫星的公司的利益，美国政界必将出现反对者，游说国会通过抵制“天梯”的法案，甚至国际社会也有不同意见。所以，他极力主张通过不断组织展览和研讨会的方式获得公众认同，设法让联邦机构、私人投资者和国会都能为“天梯”注入资金。

爱德华兹不想让“天梯”成为“巴比伦塔”：要寻找现实的商业模式，用私人投资和利润的力量推动宏大设想。

在“天梯”的合作名录上，可以看到3M公司、洛克西德 马丁公司、碳纳米技术公司、哈佛大学、普林斯顿大学、洛斯阿拉莫斯国家实验室、托马斯 杰斐逊国家实验室、NASA和欧洲航天局等著名机构。然而，仅靠这些合作意愿还不够，资金问题依然困扰着爱德华兹。为了整个计划，研究团队必须获得美国联邦财政的长期支持，但这样做成功的可能性有多大呢？

爱德华兹早年的合作者迈克尔 莱恩，虽与老伙伴分道扬镳，但对“天梯”计划而言是殊途同归：他在西雅图建立起风险公司LiftPort Group，将偌大的“天梯”计划细细分拆，形成机器人开发、碳纳米管制造、金融服务、媒体宣传等不同部门，各自设法进行商业运作。本月，该公司推出的攀登机器人“Squeak”不仅赢得了西雅图年度“最创新机器人”称号，而且在高空电子侦测领域找到了商家支持。更重要的是，“Squeak”是未来“天梯”攀登器的雏形之一。

对于莱恩首先找到商业生存的空间，美国全国广播公司的评价是：“天梯始于地面的第一层”。

【主题1】“天梯”的完全攻略

“天梯”的核心内容是建立一条从地球表面向太空延伸、长达10万公里的索道。索道近地端将固定在位于太平洋中央的平台上，另一端将联结着一个沿空间轨道运行的平台。索道在引力作用下保持紧崩，攀登器就可以沿着索道上下运行。在索道大约1/3，也就是距离地球3.6万公里处，物体的轨道周期约为一年。“天梯”重心必须保持在这一高度，才能使索道保持垂直。

建造“天梯”的第一步，是将携带着卷好索道的卫星发射上太空，让索道的一端借助重物坠回地面，而另一端则伸向太空。而后攀登器便可以顺着索道，从地面携带卫星、太空探测器甚至旅客，向上爬入太空。

材料科学在碳纳米管方面的发展，极大提高了建造索道的可能性。理论上，1米宽、如纸薄的纳米管织物便足以负载“天梯”了。(本报资料)

【主题2】“天梯”的效果图

“乘船驶过一片热带海域，你到达了太平洋中部一座巨大的漂浮平台。在这块被锚定在洋底的人造土地上，波澜不惊的海面和宝石蓝色的天空尽收眼底。然而你知道，自己并不是来海上观光的，因为你即将从这座平台出发，开始为期一周的太空之旅。

“你在这里登上‘天梯’的坐舱，仅仅感到几分钟超重带来的不适，就将大气层抛在身后。此后重力越来越小，蔚蓝色的大地逐渐在你眼中变成球体，而天空却深邃起来，直到化为浩瀚的星空。

“此时你不免有些紧张，因为有人告诉你，这次旅途就像一场高空杂技：旅客的性命完全悬在一根细细的丝带上，它从海上平台的起点到外层空间的终点，延展了足足10万公里……”

《通向星星的丝带》，美国《科学新闻》网站

【主题3】“天梯”四大风险

1.制造碳纳米管虽有实质进展，但尚无法将碳纳米管聚合成纤维或带状，目前各国科学界在这方面的研究兴趣也不强；

2.必须防止雷击，否则“天梯”将被斩断。这就需要建造一个浮动在海上的地球站，最好的假设地点是中美洲厄瓜多尔离岸的一个地球上雷电最少的海域，即使零星雷电发生也可以移动躲避。这个理论上的方案目前很难实现；

3.陨石和人造太空垃圾的撞击可能对“天梯”造成致命损坏，这就必须制造出更宽、更抗撞击的转送带，对碳纳米管合成材料的技术要求更高；

4.从地面到太空10万公里的距离，能绕地球2.5圈，“天梯”巨量的维护和保养问题令工程师头疼。

【主题4】“天梯”的理论进化

★1895年，俄罗斯科学家康斯坦丁 齐奥尔科夫斯基受巴黎埃菲尔铁塔竣工的激励，提出“天空之城”设想：该城堡通过纺锤型钢缆与地面连接，并与地球同步运转。

★1960年，苏联工程师尤里 阿图塔诺夫在《真理报》上撰文，第一次以现代科学观念描述了“天梯”的设计思路：从地球同步卫星上将某种缆绳垂放到地面。

★1966年，美国海洋学家约翰 D 艾萨克斯在《科学》杂志上撰文，简单描述了可能从地球同步卫星释放到地面的“超薄超细的金属线”。

★1978年，名为《天堂泉》(Fountains of Paradise)的科幻小说面世。该书向公众形象地描述了作者阿瑟 C 克拉克心中的“天梯”。他的灵感来自美国空军实验室杰罗姆 皮尔森当时的一片学术论文，也正是由于这篇论文，美国工程师开始关注“天梯”的设想。

★1991年，碳纳米管问世。这为建造“天梯”不可回避的材料问题带来曙光，工程师们从此开始依靠纳米技术研发更大规模的超强材料。

★2001年，爱德华兹博士领导的“天梯”项目在NASA的支持下启动。

★2004年春，有媒体称欧洲太空署委托俄罗斯萨马拉太空大学建造“天梯”取得进展，年底就可用光子卫星做首次试验。但该消息出现在愚人节前后。

美国《新闻周刊》