太空電梯原理並不複雜，為什麼至今還沒造出來？因為卡在了材料上

最近在網絡上看到一個吹牛段子：某人說他承接了一個項目，要在珠穆朗瑪峰上安電梯，太厲害了。不過，與下面我們要說的太空電梯相比，他那個是小兒科了。太空電梯，顧名思義就是連接地面和太空非常高的電梯，乘坐這個電梯，&34;的一聲可到達太空，比坐宇宙飛船成本更低，更安全。

最早提出太空電梯設想的是宇宙航行之父，俄羅斯著名航空航天學家齊奧爾科夫斯基，你可能不熟悉這個人，但你一定知道他的名言：地球是人類的搖籃，但人類不會永遠留在搖籃裡。齊奧爾科夫斯基從小是個聾人，從來沒有上過學，所有的知識也都是自學的，後來他成為數學和物理老師，在課餘時間，他研究了很多物理課題，火箭設計領域著名的齊奧爾科夫斯基公式就是以他名字命名的，他首先提出利用反推作用力製造火箭，並算出了第一宇宙速度，設計了噴氣式火箭的模型。他在1895年去參觀法國艾菲爾鐵塔時，產生了宇宙電梯的概念。

太空電梯怎麼造？是不是在地球表面建一個高聳入雲、直達太空的高塔再安上電梯，這豈不是太費勁了？非也，其實不用這麼麻煩。先從地球同步軌道說起，赤道的上空有一個同步軌道，衛星發射到這裡後可跟著地球同步運動，從地面看來它靜止不動，為什麼會靜止不動？是因為地球有吸引力，以及地球自轉時將物體甩出去的離心力，當衛星飛到地球上空某一高度時，既受到引力把它拉回地面，又受到離心力把它甩向太空，當這兩個力相等的時候，衛星既飛不出去也不掉落到地面，這就是地球同步軌道，距離地面3.6萬公裡。

同理，假如把一根足夠長的繩子從地面伸向太空，當它高度低於在同步軌道時，繩子受到地球引力會落回地面，如果繼續向上伸，超過同步軌道高度後，受離心力的作用會把它往上拉，當引力和離心力相等時，這根繩子就會穩穩噹噹地筆直向上立著不倒且不用支撐，因為有兩個力分別在兩頭緊緊地拉住了它，此時，我們就可以依靠這根繩子安裝太空電梯了，由此可見，太空電梯的原理並不複雜。

現在來說它結構，太空電梯只能建在地球赤道上，因為只有在赤道上它的離心力和引力方向才完全相反。假如我們在赤道上立了一個太空電梯，它的高度必須高過同步軌道，因為只有高過同步軌道，引力和離心力才達到平衡。電梯可以在同步軌道即3.6萬公裡處設一個站點，在這裡可以體驗失重的感覺，還要在地面上建一個基座將其固定起來，同時，要在電梯的上端加一塊配重。

為什麼要加配重？是因為要減少電梯的高度。回到剛才那根繩子的問題，根據計算，要使引力和離心力達到平衡狀態，這根繩子必須筆直向上伸10萬公裡，而我們的電梯沒必要建10萬公裡這麼高，所以要在繩索（電梯）上端加一個大鐵塊，根據離心力公式，上端質量增加後，相應地縮短其長度也可達到平衡狀態。

太空電梯如何供電呢？要實現數萬公裡的遠程輸電，可採取無線傳輸的方式，其實它消耗的電量並不是很大，開始啟動的時候用電，到達一定速度後就可以利用動能轉化成勢能，如果超過了同步軌道，利用離心力把電梯拉上去，預計時速能達到200公裡每小時，即便是這個速度，要從底層升到10萬公裡也需要500小時，到達這個高度後，可幹的事情就多了，不僅僅限於觀光旅遊。

為什麼太空電梯到現在還沒造出來？是因為遇到了很大的困難，它對材料的抗拉伸強度要求非常高，剛才說了，高於同步軌道部分它受到離心力向上拉，低於同步軌道部分又受到引力向下拉，如果強度不夠電梯就會被拉斷，一半飛向太空，一半砸回地面，如果用鋼作為材料，鋼的抗拉伸強度僅為所需值的千分之一，遠遠達不到要求。

太空電梯建設卡在材料上了，理想材料是質量輕，抗拉伸能力強，人們研究了近一個世紀，直到1991年，日本物理學家發現了碳納米管，這種材料被稱為&34;，它的特點是重量輕，只有鋼的六分之一，用它製造太空電梯，抗拉伸強度可達到300GP，為所需值的4倍多，是非常理想的材料，如果用這種材料做成一根繩子伸向太空，掛上轎廂就成太空電梯了。

但是，碳納米管還處於實驗階段，長度只能做得很短，目前清華大學的最新科研成果、世界第一長度的碳納米管長度也僅僅有半米長，要做成幾萬公裡長的太空電梯現在還不現實，儘管如此，經過科學家們的努力，終會有突破的一天。