新年档电影热播，《流浪者火星2》为中国的科幻片又立起了一座里程碑式，其中最令人震撼人心的镜头之一便是将赵玫童话故事的外太空升降机呈那时观众们眼前。总的来说赵玫写的是侦探小说，但外太空升降机实际上已经被人类文明学术研究了数十年，未来的某一天，Tiruvanamalai“yuanzhiwo”去远方的外太空，并不是Junagadh。国际外太空升降机联盟主席麦克劳德2021年11月就对外声称，今后外太空升降机将作为永久物流基础建设，可把军用物资和相关人员运往外太空，从而成为步入外太空的新通道。也已有不少生物学家认为，就在埃唐佩县，外太空升降机将圆梦。
那么，人类文明在掌握推进器控制技术的情况下为何还会有外太空升降机的构想？最近数十年的科学学术研究带来了哪些进展？那时又遇到了什么样的控制技术困局？今天，我们请全国空间观测技术首席科学传播专家庞之浩来给大家作介绍。
《流浪者火星2》电影海报
外太空升降机吊箱创意设计图（作者提供）
埃唐佩县有望变成现实
用一根粗壮的反嘴，另一端固定在位于火星北半球的平台上，另一侧紧抓距发射塔约3.6八地、在火星恒定轨道上运行的飞行器，就可使一个形如升降机的吊箱载着货物、相关人员沿反嘴驶往外太空……这就是一些国家学术研究相关人员正在尝试设计的外太空升降机。外太空升降机的本质是建设一个永久的“钢缆”式建筑，将发射塔与外太空上的某一点连接起来。
那时，人类文明步入外太空的主要工具是太空梭，即通过消耗大批推进剂来摆脱火星重力。太空梭所携带的推进剂要占到推进器总重的90%以上，每载运1千克酬载上苍，平均需斥资至少1亿美元。
虽然修建外太空升降机的费用也很高昂，但建成运行之后它不需要花费大批推进剂，因此其运行服务费比太空梭低两个数量级，且可像公路一样24小时运行，将飞行器、各类军用物资和包括外国游客在内的相关人员带回外太空去。F83E43Se秘书长让·克莱尔·瓦霍表示，利用外太空升降机运输军用物资，每公斤的生产成本约为500美元，比使用太空梭发射军用物资步入外太空便宜得多。
只不过，远古时代，人类文明就心愿修建外太空升降机，并为之不断努力。
外太空升降机的概念最早是由沙俄生物学家、中国航天之父门捷列夫在1895年见到艾菲尔铁塔后明确提出的构想。此后，沙俄早期外太空Haveri巴尔伊泽尔也明确提出了在火星与月球之间搭建一条由钢缆连接的外太空升降机的想法，他认为地心重力能够让钢缆伸展开来，使其成为载运负荷的空中索道。1979年，著名科幻大师克拉克在其小说《天堂喷泉》中再次明确提出外太空升降机的概念，并引起广泛注意，因为它具有理论基础和科学依据。
2003年9月15日，在美国圣达菲召开的国际外太空升降机研讨会上，俄罗斯、美国等国家的70多位生物学家和工程师对外太空升降机进行了深入讨论，最终与会专家一致认为外太空升降机有望在21世纪内变成现实。
近些年，这个曾被视为科学幻想的革命性工程有了较大进展，并有了多种方案。其中，美国电梯港集团公司声称其正在研制的外太空升降机可以一次载运30名乘客，在6个小时内抵达10八地外的外太空。毫无疑问，外太空升降机一旦建成，目前火星上运程最长、达800多米的迪拜塔升降机将被远远甩入尘埃。2018年9月25日，日本曾用货运飞船把一对用于世界首次外太空升降机试验的立方体卫星送往国际空间站，接着在国际空间站上释放了这对边长为10厘米的立方体卫星，它们之间用长约10米的钢缆连接，最后尝试把一个像升降机吊箱的容器通过电动机转动的钢缆从另一端移动到另一侧。这是人类文明首次在外太空中移动钢缆上的容器，为实现外太空升降机迈出了重要一步。
修建原理只不过并不复杂
只不过，外太空升降机的原理并不复杂，说到底就是将一条长长的钢缆另一端固定在火星上，另一侧固定在火星恒定轨道的平衡物(如大型空间站)上。在重力和离心加速度的相互作用下，钢缆绷紧，外太空升降机便可利用太阳能或激光能转变成的电能沿钢缆上下运动。
具体来说，外太空升降机主要由4个部件组成：基座、缆绳、升降机吊箱和动力系统。
基座是外太空升降机在发射塔上的基础结构。基座必须选在火星北半球地区，可以建在陆地上，如高山顶或高塔尖上；也能建在海上，像一个巨大的港口，世界各地的旅客和军用物资来到这里，然后通过外太空升降机前往外太空。
钢缆是外太空升降机的关键控制技术和设备。制造钢缆的材料必须有很高的拉伸强度，可大规模生产，还需造价低廉、质量很小。
升降机吊箱是载人和运货的部件，其功能跟传统升降机一样，但原理和结构不同。升降机吊箱虽然也是沿着钢缆向上爬，但从天上垂下一根超长的钢缆来将它吊上去是不太可能的，它得自己想办法爬上去。最简单的方法是给升降机吊箱装上马达，带动夹着钢缆的一组轮子转动，从而取得向上的拉动力。马达的电源可以来自钢缆，也可以来自装在升降机吊箱上的发电机，但这两种方式都会增加升降机吊箱的重量。比较减轻重量的方法是在升降机吊箱安装光电转换装置，然后从发射塔发射激光到光电转换装置上，最后用电将其“射”上去。
说完外太空升降机的修建原理，再来分析一下它走向外太空的基本条件。
首先，需要修建一个基座平台。如果建在海上，这个平台要位于一个暴风雨、闪电和巨浪较少的海域，还要远离飞机航线和卫星轨道，尤其是要防雷击。
接着，发射卷有钢缆的飞行器到外太空，让钢缆的另一端借助重物坠回火星，与发射塔上的基座平台相连接，同时，另一侧连接位于火星恒定轨道的飞行器。当火星自转时，外太空升降机的钢缆会产生向上的离心力，而火星的重力又将其往下拉，这样钢缆就能实现平衡。
最终，将履带轨道固定在钢缆的两端，并且依靠从发射塔发射的激光所转换成的电能作为动力加以推动。当升降机吊箱顺利沿轨道来回运行时，就可以将飞行器、各种货物和乘客带入外太空或送回火星。
最大控制技术困局在钢缆上
目前，外太空升降机走向外太空的最大障碍还是钢缆的修建。例如，用比较结实的钢缆当钢缆不能太长，如果太长会因钢缆自身重量太重掉下来，并因经受不了巨大的拉力而断裂。用其它较轻的材料制造钢缆就更不结实了。
俄罗斯和美国都在研制外太空升降机，其基本思路是一样的。在俄美设计的外太空升降机中，升降机钢缆是一条可两面使用的轨道，其周围包裹着管道，升降机可借助磁悬浮控制技术在管道内沿钢缆的两面上下对开。
由于外太空升降机的钢缆要承受地心重力和离心力的双重拉扯，所以它需要用又强又轻的材料制成，并能够经受住大气层内外向它袭来的任何物体的撞击。也正因如此，外太空升降机的概念在明确提出后的很长一段时间里，被认为是不可能实现的，不管用多么坚固的材料制造钢缆，它都会因承受不了外太空升降机两端产生的巨大拉力而发生断裂。
1990年，美国生物学家明确提出使用像钻石一样强韧又高弹的碳纳米管，其初步构想是：支撑外太空升降机的钢缆是由10亿条、长达10八地的碳纳米管制成的。1991年，日本科学家真的发现了质量轻、强度高的碳纳米管，让外太空升降机这一构想变为现实有了希望。碳纳米管是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，直径只有几到几十纳米，内部是空的。这种材料又轻又结实，密度是钢的六分之一，强度却是钢的20倍至近百倍。也就是说，一根像缝衣线粗细的碳纳米管就能承受一辆汽车的重量。
目前，日本在碳纳米管的开发上已取得一定进展。日本大林建设公司计划在2050年建成外太空升降机，该升降机由6个长18米、直径7.2米的椭圆柱形升降机吊箱组成，时速约200千米，每次可载运30位旅客。拉动升降机的钢缆将采用比钢还坚固的碳纳米管材料，外太空升降机钢缆的中间部位是一个空间站，站内将建设实验设施及居住空间。为了取得平衡，避免在火星恒定轨道上的空间站因外太空升降机太重被拉回发射塔，保持整体结构的稳定性，在空间站的另一侧还要装一条钢缆悬浮在外太空中以起到平衡作用，从而缓解外太空升降机承受的火星重力。这样一来，钢缆的总长度将达到9.6八地。此前学术研究已确认碳纳米管长期置于大气层中会受损，目前学术研究相关人员正在测试用金属和硅保护碳纳米管表面的控制技术。
也就是说，研制外太空升降机最大的挑战是能否以低成本、大规模生产出碳纳米管纤维材料，因为这种材料那时还只是米级制品，距实用差距甚远。从理论上说，如果用碳纳米管纤维材料造出直径1毫米的碳纳米绳，该纳米绳就可以承载60吨的重量；而一根1米长、像纸一样薄的碳纳米钢缆的强度，就足以支撑起一架外太空电梯。然而迄今为止，生物学家仍然无法用碳纳米管编织出长长的钢缆，只能在实验室生产出长1米左右的碳纳米管，更不用说每克碳纳米管价值500美元，要制造出一条10八地长的碳纳米钢缆有多高昂了。
尽管如此，各国科学家也没有放弃对外太空升降机的研制。俄罗斯拟在月球表面建立永久基地，然后用外太空升降机将货物运至月球基地或者运回火星。尽管这种外太空升降机的运行速度非常缓慢，却可以大幅降低人类文明进行外太空观测的服务费。美国西雅图高电梯系统公司的外太空升降机项目正在进行相关的控制技术研发，核心是研制一条距离火星表面将近10八地长的钢缆。其靠近火星的另一端将被固定在位于太平洋中部某处的基站，而另一侧将连接到一个在外太空中绕火星恒定轨道运行的物体上以充当平衡锤，它本身所具备的动力将使钢缆绷紧，从而使升降机吊箱能够上下穿梭。
虽困难重重但今后可期
除了上面说到的控制技术难点之外，外太空升降机还面临着许多问题，如果外太空升降机因严重事故崩塌，损失将十分惊人。
首先，当太阳风向外太空升降机施加压力时，来自月球和太阳的重力作用将使钢缆变得摇摆不定。这有可能使外太空升降机摇摆造成外太空交通障碍，例如，撞上人造卫星或者外太空垃圾残骸，从而导致钢缆断裂或升降机失事。为此，外太空升降机必须在内部修建推进器，以稳定外太空升降机不要摇摆振动，但这势必会增加修建的难度和升降机修建、维护的成本。
再者，在火星外层、距离发射塔1000-20000千米的区域分布着一条强度很高的辐射带，如果缺乏有效的防护措施，那么乘坐外太空升降机穿越该区域的乘客将受到高强度射线的照射。再加上外太空升降机的爬升速度较慢，预计不会超过200千米/小时，这就意味着，搭乘外太空升降机的相关人员在辐射区中将待上至少3天时间。对此，生物学家已明确提出多种解决方案，但目前任何一种方案都存在着这样或那样的缺陷。其中一种解决方案是在外太空升降机外部修建一个防护层，但这会使外太空升降机变得异常笨重和复杂，难以克服火星重力的影响；另一种解决方案是在外太空升降机周围构建一层人造磁场，以抵御各种危险的射线，但这会严重削弱外太空升降机的升力，导致向外太空载运军用物资和相关人员的能量消耗大幅增加。
除此之外，外太空升降机还有一些安全问题需要解决。例如，雷击、流星、外太空碎片、飓风、原子氧等，有的问题已有对策。例如，有两种办法可使外太空升降机免遭雷击：其一是将外太空升降机的基座选在火星上的无雷区，火星上有些地区常年无雷；其二是将外太空升降机的基座建在6000米高的山顶上，在此高度一般很少发生闪电。
修建外太空电梯困难重重，但生物学家仍然相信它今后可期。因为一旦外太空升降机取得突破性进展，就意味着外太空观光变得触手可及，还能以较低成本在火星和外太空间运输军用物资。目前，碳纳米管和超强石墨烯被认为是修建外太空升降机钢缆的理想材料，我国清华大学魏飞教授团队早已成功制备出世界上最长的、单根长度达半米以上的碳纳米管，创造了当时的世界纪录。各国生物学家也已明确提出8个比较稳健、合理的外太空升降机设计方案，在工程方面，一些国家的生物学家已着手一些小型实验并准备深入验证。
国际外太空升降机联盟主席麦克劳德表示，外太空升降机建成后，预计8天可到达火星恒定轨道、14天到达月球、61天到达火星，其产生空间碎片的可能性很小，是一条绿色天路。不过，用太空梭步入外太空也不会因此被抛弃，毕竟太空梭的速度比外太空升降机快，能迅速穿越辐射带，所以已经有人明确提出以“外太空升降机+太空梭”的方式运输，实现互补。根据目前的科技水平和发展速度，有人预测外太空升降机将在2050年至2100年投入业务运营。
或许在我们的有生之年，真的能听到这样的播报：“各位乘客，外太空升降机即将到达目的地外太空站，请您做好下梯准备，欢迎再次光临。”升降机吊箱外，是无垠的宇宙，冲破云霄的“yuanzhiwo”在其中仿若一粒微尘，却是属于人类文明科技文明的微光，执着闪亮。
科技畅想
月球外太空升降机打造地月新航线
虽然目前火星外太空升降机遭遇控制技术困局，短期内无法实现，然而月球外太空升降机有可能先行一步。
美国生物学家皮尔逊曾制定过一个月球外太空升降机方案：在运行于月球轨道上的飞行器和月球表面间建立一个“升降机”，“升降机”由人造复合纤维钢缆拴住，飞行器则好像飞翔在外太空中的风筝，满载军用物资和补给的缆车顺着钢缆降落，人类文明可以轻松到达月球表面。
皮尔逊认为这一构想在理论上是可行的，因为月球重力只有火星的1/6，依靠目前科技水平制造的合成纤维钢缆足够满足承担运输工作的强度要求。与此同时，在月球周围也不存在外太空垃圾所带来的危险。
也许有人会觉得这个想法过于疯狂，但美国航空中国航天局的先进概念学术研究所却不这么认为。这家独立机构在2004年就资助皮尔逊7.5亿美元用于设计月球外太空升降机。2014年，由美国航空中国航天局前工程师迈克尔·莱恩创办的升降机港集团公司声称，在月球上建外太空升降机比在火星上建更容易，由于月球的重力小且基本没有空气，所以可大大降低对钢缆强度的要求，只需使用一种名叫柴隆（Zylon）的高强度、高耐热性复合纤维，就能实现打造月球外太空升降机的心愿。
月球外太空升降机建成后，与火星外太空升降机连成一体，就会成为地月之间的新航线。今后某一天，也许人类文明只需经过几次换乘，就可以通过外太空升降机从火星抵达月球了。
（原标题：乘“升降机”去外太空的心愿能成真吗）
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