在之前的文章中，咱们深究过现阶段商业火箭在液氧甲烷推进剂、不锈钢蒙皮等方面的技能道路挑选，这些实践的终究方针，其实都是为完成低本钱、长距离的火箭运送。除了火箭运送之外，还有没有更低本钱的挑选？
SpaceX猎鹰九号的实践证明，助推火箭的可回收性一旦建立，会大幅度的下降开支，单次火箭发射费用“只”需求9000万美元——当然，这是跟美国同类型火箭每次发射需求4亿美元比较。而猎鹰九号的发动机，推进剂挑选的仍是比液氧甲烷燃料本钱贵三四倍的液氧火油，本来的“中等生”液氧甲烷顺势就成了商业航天界的香饽饽。
但是火箭运载才干毕竟有限，本钱也不行能对标现在的民航运送本钱，针对这一点，其实很早就有人提出过解决办法，那便是“太空电梯”，即通过高空缆线直接运送人们脱离地球、抵达太空。
最早关于太空电梯的主意能够追溯到《圣经·创世纪》：以色列人的先人雅各布在挨近应许之地时，做梦沿着登天的步梯获得了耶和华的赐福。后人便把这梦中描绘的衔接天堂与人人间的梯子称为“雅各布天梯”。
到了近代，科幻小说开端将这一幻想具像化。1979年，那个科幻“黄金年代”，科幻小说作家亚瑟·克拉克在《天堂的喷泉》中侧重叙述了工程师摩根战胜无量的实际舆论压力和技能困难，终究依托一种强度极大但质量极轻的碳纤维资料建成了登天电梯的故事。小说中，人类终究将地球与现已悉数横向相连的同步轨迹卫星各自笔直衔接了起来。
这或许还太超前，刘慈欣的著作中这一技能要显得更“务实”些。《三体》中，太空电梯的衔接点、衔接方法甚至导轨资料都有相应的阐明，其实用性早现已逾越化学火箭年代，将进入太空的本钱大幅度的下降至大部分人都能接受的程度。那实际国际中，太空电梯没有起步的阻止究竟是什么？
通过几代科学家的演算，天空电梯其实早已不是天方夜谭：它本质上是一座永久性的“缆绳”修建，从地球表面某一点延伸到地球轨迹的某一固定点（通常是卫星），一旦锚定和平衡，激光供电将上升电缆，并答应运送工具沿着这条缆绳频频运动。
当然，哪怕是最前卫的业界人士也了解制作太空电梯的本钱不会低，“类似于开发詹姆斯·韦布空间望远镜并将其送入轨迹的费用”，但在成功发射几吨有效载荷后就能够回收本钱。
这必定是一个巨型修建，首要方针便是要确保这一修建的安全性与结构完整性。物理学告知咱们，当一个东西越大、越长，所收到的“应力”就越大——“应力”指的是机械张力，就像我从两端拉扯或紧缩一个绷簧时它所受的力。一个物体的强度则是指，它的结构在被损坏前所能接受的最大的力。
新型钢合金等高强度资料的呈现，答应人类在地面上建造各类大型修建，但在太空便是另一回事了。
理论上讲，坐落地球停止轨迹之外的卫星能够终究靠多种力的组合来安稳电缆，比方地球引力，会从地面对其施加向下的力；以及其旋转的离心力，会施加向上的力。力的相互作用会发生抱负的机械张力，这也是保持如此惊人长度（至少长达3.58万公里）的电缆所必需的。但问题是什么资料才干接受这些来自地球和太空的力气？
用钢的或许性不大。据美国东北大学物理学教授阿尔贝托·德测算，假如用规范钢资料建造超3万公里的电缆，其面对的最大应力将超越其抗拉强度额定值60倍以上，“电缆上的应变，即一细微资料元素接受应力时所发生的形变强度，或许超越10万kN /（kg / m）”。也便是说，在如此巨大的张力下，钢丝哪怕仅仅从9公里的高空中垂下来，也会被自己的分量拉断。
电缆是太空电梯得以完成的要害元件，它的资料更是困扰科学家与工程师良久，直到上世纪90年代末“碳纳米管”的呈现。值得一提的是，《三体》里的太空电梯所运用的导轨，运用的也是一种名为“飞刃”的纳米资料，简直便是在暗示实际中“碳纳米管”资料。
想要了解碳纳米管的分子结构很简单，能够先幻想一下自己手里有一层石墨烯，把石墨烯“卷”起来，构成一个无缝的、管的结构，你就得到了一个碳纳米管。
碳纳米管十分细微，柔韧性足以将其制成纤维，但一起它的强度又能比美金刚石。决议强度的一个重要的条件是“长径比”，即长度与直径之比。现在资料工程师期望得到的长径比至少是20：1，而碳纳米管的长径比一般在1000：1以上，是极端抱负的高强度纤维资料。
美国宾州州立大学的研究人员研究结果为，碳纳米管的强度比同体积钢的强度要高100倍，分量却不到后者的六分之一，因而业界多称之为“超级纤维”。
但碳纳米管的问题就在于，还做不到那么长，现已构建成功的碳纳米管最长也就几英寸，尴尬大任。不过，最近几年跟着资料发现、验证速度加速，很多可供备选的选手也呈现在研究人员的视界中，比方氮化硼纳米管、金刚石纳米线等具有“低密度和高拉伸强度”的资料。
在资料科学、太空技能和工程学新一轮热潮下，突破性的发展或许不会让咱们等得太久。
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