近年来，有关太空天梯的话题不时出现在各种媒体上，引起了广大读者的关注。实际上，这是部分航天专家正在研究的一个新课题，其工程实施尚待时日。　太空天梯的基本原理 　　科学是一个开放的知识体系，其发展是永无止境的。最早提出太空天梯设想的人是俄罗斯xx学者齐奥尔科夫斯基。他提议在地球静止轨道上建设一个太空城堡，和地面用一根缆绳连接起来，成为向太空运输人和物的新捷径。1970年，美国科学家罗姆·皮尔森进一步完善了太空天梯的设想。 　　所谓，是因为当在该轨道上的航天器以每秒7.27×10-5弧度的角速度绕地球运行时，正好与地球自转的角速度相同，故从地面上看去，好像固定在太空中不动一样，因此才被称为地球静止轨道。正缘于地球静止轨道的这种特殊功能，齐奥尔科夫斯基才提出在它上面设置一个太空城堡，垂放一根缆绳锚在地球赤道上，就可成为通向太空的天梯。这架梯子可以笔直地通向静止轨道，在无外力影响时它不会弯曲，能成为通往太空的运输线。截止到目前，包括我国在内的一些国家，已向静止轨道发射了多颗卫星，成功掌握了高轨道航天器入轨技术，这都为将来建造太空天梯奠定了一定的技术基础。 　　爱德华兹的设计方案 　　1978年，xx科幻作家阿瑟·克拉克出版了科幻巨著《天堂之泉》。他设想从位于地球静止轨道上的一颗卫星上向下伸展出一个梯子，直达地球赤道表面，人们即可像乘坐电梯一样到太空中去游览观光并运送货物。当时有人问克拉克需要多长时间才能实现这一梦想，他回答道：“在受大家嘲笑的50年后。”21年后的1999年，美国宇航局马歇尔中心的先进办公室即发表了《天梯:太空的先进基础设施》一文，标志着天梯将从幻想走向现实。 　　2004年6月30日，在华盛顿召开的第三届国际天梯会议上，专家们对天梯这一宏伟构想进行了探讨。时隔仅仅9个月，2005年3月23日，美国宇航局正式宣布太空天梯已成为世纪挑战的{sx}项目。以研究天梯而著称的西弗吉尼亚州费尔蒙特科学研究所的布拉德·爱德华兹博士在论文中写道：“天梯可以使人类历史实现跳跃性的发展。”他认为自己构想中的初版天梯可能在2019年问世，其成本大约为70—100亿美元，与人类其他大型太空工程相比，这项费用并不算太大。 　　爱德华兹是这样描述天梯的建造过程的：{dy}步，把一个携带天梯半成品的飞船或航天飞机发射到地球静止轨道上，使其和地球同步飞行；第二步，把这个半成品的天梯从飞船上放下来，落到赤道海面的一个平台上，这个平台类似一般的海上发射卫星的平台；第三步，把半成品的天梯锚定在平台上；第四步，用一个由激光提供能量的爬升器在这个半成品的天梯上上下移动，并把更多碳纳米合成纤维缆绳拧在天梯半成品上，进一步完成天梯。整个制造过程大约需要两年半的时间。另外，根据专家设想，天梯也可由电磁能驱动。建成后的这个天梯犹如一条上下垂直的高速公路，爬升器可沿着它把成吨重的物资或人，缓缓运送到离地面约3.6万公里高的地球静止轨道上，用时约需7.5天，回来也需要同样长的时间。 　　为了建造天梯，首先必须找到制造缆绳所需要的既异常坚硬轻巧又能抵抗任何腐蚀的材料。1991年，日本科学家发明了碳纳米管，这种材料虽比钢轻6倍，但韧度要比钢高出几百倍，问题是生产成本太高。2004年，英国剑桥大学科学家阿兰·温德尔领导的研究小组曾宣布，他们成功地用纳米碳管组成的纤维织成了“纳米绳”。因纳米碳管的直径是一根头发直径的1/5000，其刚度是钢材的10倍，其硬度是金刚石的两倍，故而由它们构成的“纳米绳”虽然很细，但刚度和硬度都很大。他们认为，由于这种绳子制造成本低廉还不污染环境，将来可用于建造太空天梯。 　　至于海面平台位置的选择要尽可能避开飞机航班和轮船航线，也不能位于飓风骇浪经常发生的地方。当然，天梯还要有抵御闪电和风云雨雪的冲击、穿越电离层时的伤害、流星奔袭、高层大气中硫酸的侵蚀以及来自太空垃圾的撞击的能力。 　　工程所需的实际高度 　　当航天器如飞船、卫星或航天飞机在地球静止轨道上以每秒3.07公里的速度运行时，其产生的离心力正好与离地球赤道约3.6万公里高度上的地球引力相等，两种力达到平衡状态，故而航天器不会掉下来。若从航天器如飞船上伸展缆绳到地球赤道海面上组成一个天梯，那么受力状态就发生了变化，最终情况也就不一样了。 　　航天器围绕地球飞行而掉不下来的速度是随着距离地面的高度而变化的。轨道高度越低，地球引力就越大，所需要的飞行环绕速度也就越大，反之亦然。如果天梯上每一点线速度所产生的离心力都小于当地的地球引力的话，就无法与地球引力相平衡，最终整个天梯将会受到一个巨大的向下作用的合力。在此力的作用下，天梯将在绕地球旋转的同时逐渐降低高度，{zh1}结果只能是连同飞船一块回落到地面上。 　　如何才能防止天梯掉下来呢？办法就是从地球静止轨道的飞船上再向上建造一个上天梯，使其产生的离心力合力能够平衡下天梯受到的地球引力的合力。上天梯的受力情况正好与下天梯相反。它上面每一点获得的线速度都大于当地需要的环绕速度，所产生的离心力都大于当地的离心力。沿着上天梯向上走，点的位置越高，线速度越大，产生的离心力随之增大，而地球引力却越来越小。这就使上天梯受到一个向上的合力。当这个向上的合力与下天梯受到的向下的合力相等时，整个天梯就能悬在太空以与地球自转相同的速度旋转而掉不下来。 　　根据罗姆·皮尔森的xx计算，当上天梯的高度为10.8万公里时，向上的合力就与35786公里长的下天梯受到的向下的合力相平衡了，这样总高度为14.3786万公里的整个天梯就不会坠地了。由于上天梯受向上的拉力，下天梯受向下的拉力，整个天梯就像两头受拉的缆绳一样，被绷得紧紧的，不会弯曲，即使受到某种扰动发生弯曲，也能自动恢复到直线状态。同时，受地球重力梯度的作用，天梯能始终保持垂直地面的方向。有鉴于此，建造太空天梯时，上、下天梯必须同步进行，以便使其任何时候所受到的向上和向下的两个力都能保持平衡。唯有如此，才能逐步完成这项人类历史上空前的宏伟工程。 　　目前，建造太空天梯遇到的{zd0}困难是资金不足。在各界人士的帮助下，2002年，爱德华兹博士在西雅图开办了高梯系统公司，已筹集到了几千万美元的资金，美国宇航局和国会也已分别拨款50万和250万美元以示赞助和支持。这使有关天梯建设的研究工作得以逐步开展。至于何时开始建造太空天梯，将由资金筹集情况和美宇航局的决心而定，人们只能拭目以待。 　　不言而喻，太空天梯一旦建成，就可昼夜不停地开展运输工作，把旅游者和货物送入太空，并大大降低运送费用。目前火箭发射或航天飞机运送每公斤有效载荷约需2万美元，而太空天梯运送每公斤物品仅需10美元，从而能够推动空间技术实现跨越式发展。