如今，往轨道上送人送货主要依靠火箭运载。火箭听起来颇具高科技感，发射时的场面也甚为壮观，然而实际上，火箭这种运输方式较为原始，早在明朝就已有万户尝试飞天。
01
火箭运输
现代火箭虽在性能和推力方面有了显著提升，但其核心原理并未改变，所使用的化学能源效率也没有大幅提高，仅比直接烧煤高5倍，比古老的内燃发动机高3倍而已。
而且火箭既复杂又危险，无论是固体燃料还是液体燃料火箭，其发射过程中存在诸多不可控因素，哪怕一个小小的焊接点或阀门出现问题，都可能导致箭毁人亡的严重后果。
更为尴尬的是，火箭所携带的燃料大部分都用于对抗自身重力。例如，若火箭飞到400公里的近地轨道需消耗1吨燃料，那么继续飞往月球只需再加0.75吨燃料，而飞往遥远的火星也仅需两倍的燃料。
不过，当下最大的问题并非火箭的安全性或能源消耗，而是成本和效率。以千万美金为单位的运费实在过于昂贵，即便马斯克的火箭已可重复利用，但仍远远无法满足需求。
若要向近地轨道输送大量物资，为采矿、太空旅游、殖民和防御等活动做准备，就必须寻求高效、廉价的运输手段。引力犹如一把无形的锁，摆脱其束缚，将成为人类发展的重要里程碑。
02
太空电梯
1895年，“宇航之父”齐奥尔科夫斯基受埃菲尔铁塔启发，假想了一个高度接近36000千米的巨型结构，通过该结构可直达地球同步轨道。
即便在100多年后的今天，这一想法仍令人震撼不已，毕竟迪拜塔高度尚不足1千米，喜马拉雅山的高度也仅为其千分之几，如此高大的建筑，以现有的材料根本无法建造。
到了1959年，苏联科学家尤里提出了新方案，即从地球同步卫星上放下一根绳子，并在远离地球的方向添加一个配重，使其达到完美的受力平衡状态，从而让绳子能够悬停在同一位置且保持拉紧状态。不管是影视作品中基地里的电梯，还是《三体》《流浪地球》中的电梯，都可简化为这样一根绳子。
但在当时，对太空电梯的研究并不多，直至1979年克拉克的小说《天堂的喷泉》出版后，太空电梯才真正引发了大众的关注。此后，众多科学家和工程师积极投身其中，关于这根绳子的构想也在不断迭代更新，近年来也涌现出了许多相关的学术论文。
03
材料难题
建造太空电梯在基础物理方面并无限制，难点主要集中在材料上。这根绳子需具备极高的抗拉强度，同时还得很轻，目前唯一能满足要求的材料只有碳纳米管。
但这种超强材料的制造工艺极为苛刻，必须有完美的结构才能展现其神奇特性，稍有瑕疵便会前功尽弃。完美的碳纳米管通常只能制作几厘米长，目前最长的记录是清华大学魏飞团队创造的0.5米，且现阶段无法量产。
2013年，国际宇航科学院曾发布一份350页的报告，其中涉及一种到2035年就能携带多个20吨有效载荷的太空电梯。那么建造这样一部太空电梯需要花费多少钱呢？
造价虽高，但也并非高不可攀，100-500亿美金即可。相较于其他大型项目，这笔费用并不算多，而且与太空电梯所能带来的经济效益相比，其建造成本几乎可以忽略不计。
以采矿为例，地球上的矿物储备有限，按照当前的开采速度，部分稀有金属在50年内就可能枯竭，因此小行星采矿势在必行。有了太空电梯，甚至可将小行星搬到轨道上慢慢开采。
04
应用前景
如此不划算的任务为何还有人去做呢？
一方面是为了获取太阳系的原始物质用于研究，最根本的原因则是有人看到了这项业务的潜在回报。据科学家估算，一颗直径1.6千米的金属小行星蕴含的金属价值高达20万亿美元，即使是一个30米的金属小行星，其中的金属铂价值也达500亿美元。
在经济效益方面，除采矿外，还有航天合作、太空旅游等。如今，太空电梯已不再是纯粹的科幻产物，那么，《流浪地球 2》中的太空电梯真的有可能建造出来吗？
只要解决了材料问题，完全有可能，在许多人看来这只是时间问题。但现实中的太空电梯或许不会像电影中那般炫酷，其上升速度无需过快，为尽可能避免致命的晃动和偏移，速度保持在160公里/小时较为合理。
2005年，美国宇航局宣布天梯计划为世纪挑战的首选项目。2011年，谷歌的 X 实验室也增设了太空电梯项目。除谷歌外，世界上还有许多组织都在尝试建造太空电梯，如日本的东京天空之树、加拿大的可充气式太空电梯等，这些计划到本世纪中期有望初见成效。
近年来，与太空电梯相关的科学交流愈发频繁，投入的资金也日益增多，感兴趣的读者可查阅相关的学术论文。太空电梯正从空中楼阁逐渐转变为切实可行的工程项目。
此外，人们不仅计划在地球上建造太空电梯，还同步研究在月球和火星上建造的方案。由于月球和火星的引力较小，且月球缺少大气，所以在这两个星球上建造电梯相对容易，至少无需担心恐怖主义袭击和大量的太空垃圾。一旦建成，人类便能快速穿梭于地球、月球和火星之间。
航天界有句名言：地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。
建设太空电梯作为人类发展的里程碑，将是我们迈向群星的关键第一步。
【文本来源@科学透镜的视频内容】
