太空电梯是一种连接地球表面和太空的运输系统。电梯将允许车辆在不使用火箭的情况下进入轨道或太空。虽然电梯旅行不会比火箭旅行快，但它的价格要便宜得多，可以连续用于运输货物，也可能用于运送乘客。

康斯坦丁·齐奥科夫斯基在1895年首次描述了太空电梯。齐奥科夫斯基建议建造一座从地面到地球静止轨道的塔楼，基本上是一座令人难以置信的高楼。他的想法的问题是，结构物会被上面的所有重量压碎。现代太空电梯的概念是基于一种不同的原理——张力。电梯将使用一根电缆建造，电缆一端连接在地球表面，另一端连接在地球静止轨道（35786公里）上方的巨大配重上。重力会向下拉动缆绳，而轨道配重产生的离心力会向上拉动缆绳。相反的力会减少电梯上的应力，而不是在空间上建造一座塔。

普通的电梯使用移动的缆绳上下拉动平台，而太空电梯则依靠称为爬行器、攀爬器或升降机的装置，这些装置沿着固定的缆绳或带子移动。换句话说，电梯将在电缆上移动。多个登山者需要在两个方向上行走，以抵消科里奥利力对他们运动产生的振动。

太空升降机的零件

电梯的设置是这样的：一个巨大的空间站、捕获的小行星或一群攀登者的位置将高于地球静止轨道。由于电缆的张力在轨道位置达到最大值，因此电缆在轨道位置最厚，向地球表面逐渐变细。最有可能的是，电缆要么从太空部署，要么分成多个部分，向下移动到地面。攀岩者会在滑轮上上上下移动缆绳，滑轮通过摩擦固定到位。电力可以由现有技术提供，如无线能量传输、太阳能和/或储存的核能。地面的连接点可以是海洋中的移动平台，为电梯提供安全性，并为避开障碍物提供灵活性。

乘坐太空电梯旅行不会很快！从一端到另一端的旅行时间为几天到一个月。从长远来看，如果登山者以300公里/小时（190英里/小时）的速度移动，到达地球同步轨道需要五天时间。因为攀岩者必须与其他人在缆绳上协同工作才能使缆绳保持稳定，所以很可能进度会慢得多。

有待克服的挑战

建造太空电梯的最大障碍是缺乏足够高的抗拉强度和弹性以及足够低密度的材料来建造电缆或带状电缆。到目前为止，电缆最坚固的材料是金刚石纳米线（2014年首次合成）或碳纳米管。这些材料尚未合成到足够的长度或抗拉强度密度比。碳纳米管或金刚石纳米管中连接碳原子的共价化学键在解压或撕裂之前只能承受如此大的应力。科学家们计算了这些键所能承受的应变，证实了虽然有一天可能会建造一条足够长的带子，从地球延伸到地球静止轨道，但它无法承受来自环境、振动和攀爬者的额外压力。

振动和摆动是一个重要的考虑因素。电缆容易受到来自太阳风的压力、谐波（例如，像一根很长的小提琴弦）、雷击和科里奥利力的摆动的影响。一种解决方案是控制履带的移动，以补偿某些影响。

另一个问题是，地球静止轨道和地球表面之间的空间到处都是太空垃圾和碎片。解决方案包括清理近地空间或使轨道配重能够避开障碍物。

其他问题包括腐蚀、微陨石影响和范艾伦辐射带的影响（对材料和生物体都是一个问题）。

这些巨大的挑战加上可重复使用火箭的发展，如SpaceX开发的火箭，已经降低了人们对太空升降机的兴趣，但这并不意味着升降机的想法已经过时。

太空电梯不仅仅是为了地球

一种适用于地球太空升降机的材料尚未开发出来，但现有材料的强度足以支撑月球、其他卫星、火星或小行星上的太空升降机。火星的引力约为地球的三分之一，但自转速度大致相同，因此火星太空升降机比地球上建造的要短得多。火星上的电梯将不得不解决月球火卫一的低轨道问题，火卫一定期与火星赤道相交。另一方面，月球升降机的复杂之处在于月球的旋转速度不够快，无法提供一个固定的轨道点。但是，可以使用拉格朗日点代替。尽管月球升降机在月球近侧的长度为50000公里，在月球远侧的长度甚至更长，但较低的重力使建造成为可能。火星升降机可以提供地球重力井外的持续运输，而月球升降机可以用于将材料从月球运送到地球容易到达的位置。

太空电梯什么时候建造？

许多公司已经提出了太空电梯的计划。可行性研究表明，只有在（a）发现一种能够支撑地球升降机张力的材料或（b）月球或火星上需要一台升降机之前，才能建造升降机。虽然这些条件在21世纪可能会得到满足，但将太空电梯之旅列入你的奋斗目标可能还为时过早。

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• 科恩，斯蒂芬S。；Misra，Arun K.（2009年）。“攀岩者过境对太空电梯动力学的影响”，《宇航学报》64（5-6）：538-553。
• Fitzgerald，M.，Swan，P.，Penny，R.Swan，C.太空电梯架构和路线图，Lulu.com出版社2015