從地球搭電梯到太空已成功實現?!

在摩天大樓林立的都市叢林中，電梯為其中不可或缺的運輸設備，有了這項設備，才得以實現快速且安全的垂直運輸，那麼如果將場景切換至外太空，將貨物、太空人以一條極長的纜繩，運送至國際太空站甚至月球，這就是太空電梯(space elevator)的夢想藍圖

太空電梯概念

太空電梯的概念最初出現在1895年，由俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)獲得艾菲爾鐵塔的啟發，提出了這個想法。1979年，克拉克(Arthur C. Clarke)則以建造這種太空電梯為主題，寫出了小說《天堂之泉》(Fountains of Paradise)，人們可乘電梯去太空觀光並運送貨物。

小說《天堂之泉》

相當長的一段時間裡，它僅僅只是一種科學幻想，因為找不到合適的材料來製造足夠強度的纜繩。但隨著奈米技術在20世紀90年代開始取得的突破性進展，建造一部現實的太空電梯開始成為可能。由於其能重複使用，因此建造成本遠少於太空梭或國際太空站計劃的投資，且乘客無須進行任何訓練，是一種將人類和貨物送入太空的低成本方式。

另一種太空電梯概念圖

太空電梯的主體是一個永久性連接太空站和地球表面的纜繩，可以用來將人和貨物從地面運送到太空站。基本運作概念與同步衛星相同，就是在地球赤道上的某個點，拉一條固定纜線到正上方、位於地球靜止軌道(高度3.6萬公里)的太空站。位於這個高度的物體，每天會環繞地球一圈，因此從地球上看去，就像是飄浮在固定位置。

太空電梯原理解說

太空站的另一端需要有配重，以保證纜繩在不會因地球的自轉發生偏移。建造太空電梯的難題包含：需要由足夠輕的材料以免被自身重量壓垮、具備足夠的強度以承受由因離心力造成的的張力，以及能承受來自地球、太陽和月亮的重力，以及強風等地球本身的氣候環境。

地球靜止軌道定義

太空電梯構造中，最急需解決的問題就是製造纜繩的材料，不僅要強韌還要輕盈。目前人類已知的材料中，最有希望的材質是奈米碳管，個別碳奈米管能耐的張力已經達到承載太空電梯的標準，但拉成纜繩後無法維持同樣強度。

奈米碳管

即使是存在許多艱鉅的工程挑戰，依然有相信這個概念可以實現並採取實際行動驗證的團隊。2018年9月，日本靜岡大學的研究團隊宣布將在國際太空站進行太空電梯實驗，這將是全球首個測試電梯在太空中移動的實驗。研究團隊計劃將實驗用的兩個微型衛星，用H-2B火箭從日本的種子島宇宙中心發射至國際太空站。

日本種子島宇宙中心

兩個微型衛星皆為邊長10公分的方形，並以10公尺的鋼纜連接在一起。纜繩上將會裝置上模仿太空電梯的容器，並以馬達驅動。日本的研究人員將嘗試使用移動鋼繩上的容器，用以模擬太空電梯的工作原理。衛星上的攝影機將監控(電梯)盒子的移動情況，並記錄此容器在太空中以纜繩為軌道的運動過程

日本太空電梯實驗概念

此研究計劃的主要承包商大林組(Obayashi Corp.)，也正在進行自己的太空電梯計畫，希望能在2050年前實現太空電梯的建設。在海上建設纜繩的基地，往上延伸3萬6千公里至太空。使用六個橢圓的載具，能乘載30個人，並以時速200公里的速度運行，到達太空站預計需8天。

大林組提出的太空電梯構想

建造太空電梯誠然耗資巨大，且需要國際合作和多代人的努力。為什麼這麼多人如此執著於實現它?因為這個工程概念既簡單又優雅，一旦建成，就能在可預見的未來，讓人類獲得極低成本，且幾乎不受限的的進入太空的能力。自由出入太空，一直都是人類的夢想。前往太空旅行將會成為未來非常熱門的路線，相信未來人類要前往太空，就像搭電梯從1樓到6樓一樣簡單。

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