图源: Jerry Lyles | Shutterstock.com

2050:远征奥德赛

       一家日本公司，叫做大林公司（Obayashi Corporation）最近申明，该公司试图在2050年建造一个功能完备的太空电梯。这个太空电梯可以彻底的减少未来太空旅行的风险和花费。一个太空电梯将会成为进发到太空荒野的直接路径。

钻石纳米线

       太空电梯仍旧还有很多的技术问题要解决。现在最大的问题是，如何制造一个足够强的绳索来支持非常巨大的应力。

纳米技术的进步以及碳纳米管材料现在给了我们一个可以建造能够支撑这种巨大应力绳索的机会。

研究人员现在正在探索一种可能性，使用钻石纳米线来做太空电梯的绳索。这些纳米线，现在正在由John V Baddding以及他的宾州州立大学的研究团队进行研发，它有着一种和其他碳纳米管不同的结构。

       钻石纳米线拥有的特别结构是通过压缩苯，一种六碳原子环，然后使得苯堆叠得来。通过巨大的压力使苯环破碎，接着缓慢的释放压力，形成四面体结构。

        “我们最疯狂的梦想就是我们正在研发的这种纳米材料可以用来制作非常坚固，并且轻质的绳索，将来可以让太空电梯这个只是科幻小说的产品变成现实。”

Badding的小组是第一个研发出这种坚固四面体结构分子的小组。

创造非常轻质但非常坚固的绳索

       钻石纳米线的强度让他可以用来制造太空电梯的绳索。绳索需要非常轻也需要非常坚固才能给太空电梯需要的稳定度。

       钻石纳米线有着非常优秀的硬度和强度，这让他们成为很好的选择，同时他们也很轻。但是，现在的碳纳米管制造技术和工艺不能满足制造太空电梯需要的那种纳米材料，数量上和质量上都不行。

       但是大林公司相信量产工艺技术将来2030年出现，这让他们预测他们可以在2050年完成太空电梯的项目。绳索的建造是建造太空电梯的第一步，因为他需要最多的研究。

         钻石纳米线 – 图源: John Badding Lab | Penn State University

太空电梯的主要构成

其他四个建造一个太空电梯所需要的关键构成

一个在地球上的锚定系统

一个在太空中的配重，提供稳定性

一个机械升降机用来将电梯拉倒太空

一个在地球上的用来传输能源的能量源

锚定站

       锚定系统将扮演太空电梯任务的出发基地，并且非常可能选定在太平洋某处。在太平洋表面建立锚定站将会让锚定站可以在洋面上活动，来帮助绳索躲避一些危险物体。选择太平洋在赤道上的某一处作为锚定点也可以帮助防止极端气候影响太空电梯以及他的运行。

配重

       配重将会帮助稳定太空电梯，这将通过让配重在地球轨道上运行来保持绳索处于拉伸状态来实现。研究人员相信，理想的配重将会是用来将绳索拖向太空的飞船。这个有双重用处的太空飞船／配重将会帮助节省经费。

机械升降机

       机械升降机将会和绳索一起工作，来给电梯提供垂直方向上的动能。一个可能的设计是升降机将是一系列有着牵引轮的滑轮，这看上去会有点像坦克上的履带。这些滑轮将会把绳索向上拉，并拉升电梯。

能源

       能源将会以无线的方式从锚定站传输到太空电梯来提供他向上的动力。这将可能通过向一个光电转换电池发射激光来实现，光电转换电池将会把激光的能量转换成电能来供升降机使用。

       虽然这种无线传输能量的概念听上去就是科幻小说，但是从20年前开始我们就用微波给一些飞行器传输能量了。

一些需要克服的挑战

       就算所有这些要素都能够很和谐的运转，始终还有非常多的挑战需要解决。比如说，低地球轨道的物体将可能会损毁太空电梯的绳索。如果绳索被毁，他将会跌回地球并会对锚定站以及其周边区域造成非常大的损坏，另一个主要的担忧在于政治上的影响。如果太空电梯的锚定站位于国际水域，那么谁将拥有太空电梯，并且如何公平的分享太空电梯？这些都是我们在让太空电梯成真之前需要克服的问题。

为什么这值得一试

       现在将货物运送到太空的费用在两万美元每公斤左右。使用了太空电梯，大林表示这个费用将会急剧减少，可能只需要几百美元每公斤。除了明显的运送货物的性价比之外，太空电梯也会在发射航天器上有很大作为。 

       克服地球引力以及大气层是发射飞行器主要的困难和支出。但是如果太空电梯可以将飞行器运送到太空中再进行发射，那么重力和大气层的影响将不再影响将来的太空旅行。

       太空电梯的发展展现了我们通往深空探索的重要的第一步，也开启了我们殖民太阳系的可能。