正在研发的新型太空运输系统可以使地球同步轨道（GEO）之行变成寻常事，并能够使全球经济大为改观。

由碳纳米管合成缆绳制成的天梯一端锚定在海上平台上，另一端则延伸至距地面约10万公里的一个小型平衡站上。这样，挂在这根缆绳上的机械升降机就可以沿着缆绳上升，将货物和人载入太空，采用这种方法，运载成本仅约220到880美元/公斤。

在本文中，我们将了解天梯这一想法是如何从科幻小说中走入现实的。

空中缆绳
为了更好地理解天梯的概念，可以想一下绳球游戏，玩这种游戏时，将绳子的一端系在一个立柱上，另一端系在一个球上。如果拿这种游戏做一个类比，那么绳子就是碳纳米管合成缆绳，立柱就是地球，这个球就是平衡站。现在，设想使这个球xx停息地绕立柱旋转，并且旋转的速度非常快，从而使绳子拉得很紧。这就是天梯的大致原理。平衡站绕地球旋转，从而使缆绳保持拉直状态，这样机械升降机就可以顺着缆绳上下升降。

按照提出的设计方案，天梯的高度大约为10万公里。太空电梯公司是筹划天梯或天梯部件计划的几家公司之一。2006年10月，世界各地的众多团队云集美国新墨西哥州的拉斯克鲁塞斯，角逐奖额为40万美元的“天梯比赛”X奖头奖。

天梯的核心部件将是碳纳米管合成缆绳，它只有几厘米宽，几乎只有一张纸那么厚。碳纳米管发现于1991年，它的发现使科学家认为天梯是能够建成的。Spaceward Foundation的布拉德利·爱德华兹（Bradley Edwards）博士称，“以前，找到合适的材料难度太大了。但现在，我们离实现这一目标越来越近，因为在制造碳纳米管和有效的拉丝机方面都取得了进展，这种拉丝机能将制作伸向太空的缆绳所需的材料拉得足够长。”[]。

碳纳米管在强度上可能会比钢高100倍，但却像塑料一样柔韧。碳纳米管之所以会有如此高的强度，是因为它们具有类似于足球的独特结构。一旦科学家们能够用碳纳米管制成纤维，那么就有可能制作出形成天梯缆绳所需的细丝。以前考虑的材料要么是强度不够，要么是不够柔韧，无法制成缆绳，而且易断。

太空电梯公司的研究主管汤姆·纽金特（Tom Nugent）说，“这种材料具有非常高的弹性模量，并且它们的抗张强度也非常高，而且，理论上使天梯相对容易建造的所有材料特性，这种材料都具备了。”

有两种方法可以制作缆绳：

• 用数米或更长的长碳纳米管编成类似绳子的结构。截至2005年，最长的纳米管也只有几厘米长。
• 可以将较短的纳米管置入到聚合物基中。目前的聚合物与碳纳米管之间结合得不够紧密，因而在拉紧时会将基质拉离碳纳米管。

这条缆绳有点像铁轨，将用作进入太空的航线。这样，就可以用机械升降机顺着这条缆绳上升到太空中。

升降机
机械升降机将顺着缆绳升入太空。升降机上的滚轮夹紧缆绳，滚轮胎面与缆绳之间的摩擦力往下拉绳索，这样，摩擦力产生的反作用就会使升降机得以顺着天梯向上攀爬。

锚站
天梯的下端将连在赤道附近的太平洋海域中的一个移动平台上，该平台将缆绳锚定在地球上。

平衡站
缆绳的最顶端将有一个很重的平衡站。在早期的天梯计划中，曾考虑捕捉一颗并将它用作平衡站。但是，在太空电梯公司和科学研究所(ISR)最近关于天梯的计划中，多数还是考虑使用人造平衡站。实际上，可以将用来制造缆绳的设备（包括用来发射缆绳的太空船）组装成平衡站。

动力光束
升降机将利用位于锚站或锚站附近的自由电子激光系统来提供动力。ISR称，这种激光会将2.4兆瓦特的能量传送给附着在升降机上的光电池，这种光电池可能由砷化镓(GaAs)制成，然后光电池可以将这些能量转化成以供传统的铌磁直流电使用。

一旦投入使用，升降机几乎每天都可以在天梯上往返运动。升降机的大小各异，最初为5吨，{zd0}可达20吨。20吨重的升降机的有效载荷可达13吨，其内部有900立方米的空间。升降机将以约190公里/小时的速度顺着缆绳向上运载货物，所运货物从到电池板，五花八门，{zh1}它还将载人上天。 

避开空间碎片
与或一样，天梯将需要具备避开碎片、等轨道物体的能力。锚定平台将采取主动回避措施来保护天梯免遭此类物体的破坏。目前，北美防空司令部（NORAD）所跟踪物体的大小都在10厘米以上。保护天梯需要配备轨道碎片跟踪系统，它能够探测到大小为1厘米左右的物体。目前正在为其他空间计划开发这项技术。

“我们的计划是将缆绳锚定到海洋中的一个移动平台上，”太空电梯公司的汤姆·纽金特（Tom Nugent）说，“实际上你可以来回移动锚定点的位置，从而将缆绳拉离人造卫星的航道。”

防御攻击
将天梯置于偏远位置将是降低恐怖分子攻击风险的{zj0}方法。举例来说，{dy}个锚定点将位于赤道附近的太平洋海域，与任何空中航线或海洋航线的距离至少为650公里，这是太空电梯公司透露的信息。任何攻击都只能威胁到天梯的一小部分装置，即15公里处及以下的所有装置。此外，天梯将是十分宝贵的全球资源，可能会受到美国及其他国家/地区xx的保护。

天梯对全球带来的潜在影响力堪与另一项伟大的运输成就美国洲际铁路相媲美。这条洲际铁路于1869年在美国犹他州的普瑞蒙特瑞（Promontory）竣工，它首次连通了美国的东海岸和西海岸，加快了美国西进运动的进程。这条铁路建成后，横贯全美的旅行只需几天就可以完成，而在此之前则需数月。它还开拓了新的市场，诸多全新的产业皆因它而兴起。到1893年，美国已建成五条洲际铁路。

天梯这一想法与洲际铁路有许多相通之处。天梯将开创地球与太空之间永恒的连通之门，这道门永远都不会关闭。虽然它不会加快太空之行的速度，却能使太空与地球之间的往来更为频繁，并将开创一个崭新的发展时代。天梯的建成将大大降低向太空运送货物的成本，或许这就是促成天梯这一想法的{zd0}动力。尽管天梯的升降机比采用化学推进的宇宙飞船慢，但这种升降机却将每公斤的发射成本从22000到44000美元降到900美元左右。

据（The Space Elevator, NIAC Phase II Final Report）的作者布拉德利·爱德华兹透露，目前估算的天梯建造成本为60亿美元，法律法规方面的费用为40亿美元（爱德华兹就是布拉德利·卡尔·爱德华兹博士，他是“碳设计”（Carbon Designs）公司的总裁和创始人。）。相比之下，1971年预测的宇宙飞船计划的成本为52亿美元，但最终却耗费了195亿美元。此外，宇宙飞船每飞行一次都要耗费5亿美元，这一数字超过当初估算的50多倍。

天梯可能会取代宇宙飞船成为主要的航天器，并将用于部署、国防、和其他开发。再往后，太空船将顺着天梯的缆绳攀升至太空中，然后再朝向其主目标发射。这种发射方式所需的燃料更少，因为它省下了采用传统方式发射时冲出地球大气层所需要的部分燃料。有些设计人员还认为，天梯可以建在包括火星在内的其他行星上。

NASA曾资助爱德华兹博士的研究长达三年。但在2005年，它仅给研究天梯的各家公司提供了2800万美元的奖金。尽管它仍然非常关注这一计划，但眼下它更愿意静观其变，等待出现更为实质性的进展。

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