太空电梯是人类构想的一种通往太空的设备。与普通电梯类似，不同的是，它的作用并不是让乘客往返于楼层之间，而是将他们送入距地球约3.6万公里的一座空间站。

随着人类太空探索步伐的加快，科学家考虑设计一种太空电梯，实现外太空和地球之间更便捷的物资交换。

太空电梯的概念最早由俄国科学家、航天学之父齐奥尔科夫斯基在20世纪初提出，他曾建议利用一个太空绳索系统，在空间站之上形成人造地心引力。此后，俄国早期太空预言家塔斯安德尔也提出在地球与月球之间搭建一条绳索连接的太空电梯，他认为地心引力能够让绳索伸展开来，使其成为用于运送负荷的空中索道。1965年，苏联航天技术总负责人科罗廖夫组织中央机器制造设计局开始为第一个太空绳索设备做准备，打算用一条钢缆将联盟号宇宙飞船与运载火箭的末级进行连接。不幸的是，这一工程在科罗廖夫去世后就被中止。

一、太空电梯的优势

在目前，人类主要依赖的太空运输方式是化学燃料火箭，每次发射都要消耗数百吨的液体燃料来把数十吨物资送入太空。这一方式是目前最简单有效的方案，但也意味着极其昂贵的成本。虽然可回收火箭等新技术在不断降低太空发射的成本，但在目前，向近地轨道运送物资的成本依然超过1万美元每公斤。

太空电梯造价昂贵，但不需要动用大量燃料，因此建成之后的运行费用比运载火箭低两个量级，且可像高速公路一样24小时运转，将航天器、物资和包括旅游者在内的人员带到太空去。英国一项测算显示，用太空电梯运送1个人和货物的费用相当于用航天飞机运费的0.25％。国际宇航科学院秘书长让·米歇尔·康坦表示，利用太空电梯运输，每千克物资运输成本约为500美元，比使用火箭每千克至少要花1万美元更便宜的多。

温和的推进方式除了意味着更廉价的轨道运输成本之外，也意味着更低的加速度，这意味着大部分普通人，乃至于一些无法承受高加速度的科学仪器都可以通过太空电梯进行运输。

二、太空电梯的构成

1、地表的基座，许多人认为基于海上移动基地的基座方案更具有可行性，可移动的站点能有效地规避各种地球天气问题和轨道碎片。基座必须位于赤道地区，否则无法使系统的重心处于需求的轨道。

2、系缆，用某种性能强大的材料作为缆绳，联接底部基座和顶部的配重结构。

3、轨道站点，这一部分位于整个建筑的最顶端，其作为配重来平衡太空电梯的自身重力，并使得太空电梯整体重心位于地球同步轨道，也即赤道上空35786公里处。

太空电梯是一个极其庞大的巨型系统，而其能稳定存在的原因正是其精妙控制的系统重心。当重心位于同步轨道时，太空电梯自身产生的离心力将恰好相当于系统的总体重力，而向上的离心力和向下的重力像是“揪住”系缆的两端，把它“抻直”。

太空电梯的技术要求

1、太空电梯轿厢的蓄能

轿厢该如何储存能量，和大部分人想象的电梯不同的是，太空电梯的路径全长超过三万公里，仅凭轿厢本身携带的能量很难满足这趟漫长的旅程。目前已经有许多关于太空电梯向轿厢传输能量的想象，除了把推进剂直接放进轿厢之外，还有许多不同的方案，例如使用激光传输能量给轿厢，或者在高空采用太阳能来获取能量。

2、太空电梯的系缆结构

太空电梯最大技术限制来自于其所需要的系缆结构，这些系缆需要承担系统产生的极大张力，绝大部分的常规材料都无法在超过三万公里的尺度上表现出满足需求的性能。根据物理学家布拉德利·C·爱德华兹的设计，系缆材料的抗拉强度需要达到100GPa。

目前，太空电梯的系缆结构材料备选方案包括碳纳米管和碳纳米线，这些材料虽然在理论上可行，但是其加工难度极高，生产出连续的、长达上万公里的碳纳米材料依然是无法做到的，2012年日本建筑业巨头大林组公司研发经理表示，“太空电梯”的梦想之所以能够实现，得益于碳纳米技术的发展。“纳米材料的抗拉强度几乎比钢铁高出100倍……我们还做不出来那么长的纳米缆绳，最多只能做到3厘米。但该公司宣布以100亿美元（远少于国际空间站或航天飞机计划的投资）建设空间电梯，时速200公里，单程需要7天，预计2050年落成，将太空电梯变为现实。

2018年05月18日，清华大学的网站上透露：北京清华大学研究团队已经研发出超强纤维。并随后制造出一根70厘米长的碳纳米管。清华大学化工系魏飞教授团队与清华大学航天航空学院李喜德教授团队合作，在超强碳纳米管纤维领域取得重大突破，在世界上首次报道了接近单根碳纳米管理论强度的超长碳纳米管管束，其拉伸强度超越了目前发现的所有其它纤维材料，相关成果以《拉伸强度超过80GPa的碳纳米管管束》（Carbon Nanotube Bundles with Tensile Strength over 80 GPa）为题，于2018年5月14日在线发表于纳米领域国际顶级学术期刊《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）上。

清华大学的研究团队表示：这种超强纤维是以碳纳米管为原料研制的，其新材质空前坚韧，而且纳米碳管的伸展度是其他材质的9到45倍，无论是运动器材、弹道装甲、船空、航太、甚至是太空电梯等高端领域都有庞大的需求，同时已经对相关技术申请了专利，他们特别强调，这种新材质足以制造通往太空的天梯，只需1立方公分纳米碳管制造的超强纤维，就能承受超过800公吨的重量，而这小小的一块纤维，仅仅只有1.6克重，可想而知它的强度有多大。在某种程度上来说，这是一项史无前例的重大突破，完全可与之前饭岛澄男发明的碳纳米管相媲美，显然更胜一筹。清华团队研制的碳纳米管抗拉强度高达80吉帕斯卡，也就是说多年后可能中国将完成这一壮举。目前，中俄两国太空科学家正在携手合作，设法找出安全有效的方式，从太空轨道将碳纳米管缆绳放到地面，幻想中的“太空电梯”会在不久的将来成为现实。

3、建造一个足够平衡太空电梯重量的轨道配重也是极其困难的事情。除了在太空电梯的顶点建造一个巨型空间站外，直接捕获一个小行星作为轨道配重也是可选的方案之一。不过，目前人类所掌握的技术还不足以捕获如此尺寸小行星并将其送入预定轨道。

太空电梯计划介于完全的幻想与真实的科学之间，其所代表的是一种廉价的太空探索之梦，虽然目前看来似乎仍有距离，但随着技术的发展，我们距离这个梦想可能会越来越近。