未来十五年,长沙或将引领全球第一座“迷你”太空电梯的建设。
自人类诞生以来,对于飞翔天生就拥有着无尽的渴望。
第二次工业革命期间,人们发明出了飞机,从而实现了遨游天空的梦想。
再到近代,随着火箭的发明,以及人造卫星和探测器等陆续进入太空,人们的眼界也随之扩大,越来越多的人渴望进入到太空当中,一睹蓝星的壮丽容姿和宇宙的浩渺,而太空电梯的设想正是在这种思潮下诞生出来的。
在上个世纪,人造卫星上天以后,有人根据摆锤的原理,曾设想在某个超大号的同步卫星上垂下一条长长的“梯绳”,这样就可以通过其将大量物资和人员直接从地面上送入太空当中,由此免去了火箭发射失败的安全风险,以及大量昂贵的化学燃料消耗等问题,这便是传统理论的“太空电梯”原型。
虽然想法很美好,并且理论上也不是不可行,但真要建造这么一座“太空电梯”出来,首先就得面临一个材料上的难题。
根据计算,同步卫星离地高度大约3.6万公里,而要建造这么长的一条电梯,用普通的钢铁等金属材料显然是不行的,其自身的重量轻易就能将之拉断。
通过多年研究,在1991年,日本电镜学家lijima首次发现了一种叫做“碳纳米管”的新型材料,其抗拉强度达到了钢的100倍,密度却只有钢的六分之一,且弹性也接近钢的5倍,非常符合用来制造太空电梯。
但是相应的问题也来了,目前碳纳米管的规模化生成能力,远远还达不到建造太空电梯的要求。
以单根52毫米直径钢索为例,每根长3.6万公里的钢索重达60万吨左右,如若采用构建配重模块作为稳定装置的方案,整个缆绳的长度需要延伸到大约9万公里,单根重达150万吨。换算为碳纳米管的话,同等重量可以建造六根,勉强也算够用。
而目前全球碳纳米管的年批量生产能力,仅处在千吨级规模,考虑到后续的技术升级,150万吨保守估计仍需要生产数十上百年。且在实验室也只能制备出米级的单根纤维材料,宏观组装的话,抗拉伸强度会大大受损,这些都是需要花大量时间研究解决的问题。
价格方面,同等重量的碳纳米管和黄金价值相当,根据2025年7月的金价,1吨黄金估算成美元为1.06亿,150万吨黄金相当于159万亿美元。对比2024年全球GDP总量111.33万亿美元,其中中国18.94万亿,由此可见,想要建造太空电梯难度有多么巨大,在可预见的50年之内,几乎都是不可能实现的。
那么,我们真的就没有任何办法了吗?事情也不全是这样。
试想一下,我们建造太空电梯的目的是什么?无非是为了彻底免除火箭发射失败带来的安全风险,以及摆脱对有限和昂贵的化学能源的巨大依赖,使人类能够低成本的安全进出太空。
根据这一理念,楼青墨在《凡夜阶梯》一书中另辟蹊径,通过岳麓书院五大“天字神童”之一的秦非言提出了建造“低配版”太空电梯的设想。
随着科学技术的发展,目前人类发射卫星等航天器进入太空,除了利用火箭之外,还诞生出了另一种方式,那就是临近空间电磁弹射。
说到电磁弹射,大家应该都不陌生,比如军舰上的电磁炮和航母上的电磁弹射战斗机等等,都是利用了电流产生磁场,推动物体实现高速直线运动的原理。目前的临近空间电磁弹射发射卫星实验,也都是从飞艇或者飞机上进行的。
所谓“低配版”太空电梯,正是基于这种技术,在固定的滞空飞艇上垂下一条“梯绳”,将其打造成一座直达临近空间的电磁发射平台。这一构想,被形象的称作了“天梯城计划”,整个项目选址在洞庭湖畔,其造价也仅需700亿元。
根据设计,“天梯城”由三个大小不一的碟形滞空飞艇垒叠而成。
每个飞艇直径500-1000多米不等,形如三个巨大的洋葱圈,通过16股碳钢索进行连接,总高度为3万米,并在顶部的平台上装有一台超级电磁弹射器。
这个高度已经算得上是临近空间了,空气十分的稀薄,阻力非常小。
整个天梯城建成以后,可从地面上将卫星和人员物资等运送至30公里高空,然后再从顶端通过电磁弹射进入近地轨道。
其运载能力,相当于一天之内便可完成一座国际空间站体量的物资发射。
从此,人类的太空事业将彻底摆脱对有限的化学能源的巨大依赖,同时极大的提高了效率与安全性。而这一宏伟的旷世工程,亦将成为未来人们大规模走向宇宙深空的强大基础。