最早提出太空天梯设想的人是俄罗斯著名学者齐奥尔科夫斯基。他提议在地球静止轨道上建设一个太空城堡,和地面用一根缆绳连接起来,成为向太空运输人和物的新捷径。
所谓地球静止轨道,是因为当在该轨道上的航天器以每秒7.27×10-5弧度的角速度绕地球运行时,正好与地球自转的角速度相同,故从地面上看去,好像固定在太空中不动一样,因此才被称为地球静止轨道。正缘于地球静止轨道的这种特殊功能,齐奥尔科夫斯基才提出在它上面设置一个太空城堡,垂放一根缆绳锚在地球赤道上,就可成为通向太空的天梯。这架梯子可以笔直地通向静止轨道,在无外力影响时它不会弯曲,能成为通往太空的运输线。
据俄罗斯《真理报》报道,"太空电梯"--这个世界上独一无二的设想将在最近几年有突破性进展。受欧洲太空署委托,俄罗斯萨马拉太空大学的科学家一直在研究建造这种可以把许多物品从国际空间站送回地球的装置。
报道称,俄罗斯萨马拉城的科学家已将"太空电梯"的研究工作进行到工作收尾阶段。这部"太空电梯"的主要工作原理其实并不复杂,装有货物的太空舱通过一根30公里长的特别牢固的缆绳送回地球。虽然缆绳很长,但其重量不会超过6公斤,需要用特别材料制成。当其进入大气层后,缆绳会燃烧,而货物则接着依靠气球继续缓缓地落向地球。
1970年,美国科学家罗姆·皮尔森进一步完善了太空天梯的设想。1999年,美国宇航局马歇尔中心的先进办公室发表了《天梯:太空的先进基础设施》一文,标志着天梯将从幻想走向现实。
2004年6月30日,在华盛顿召开的第三届国际天梯会议上,专家们对天梯这一宏伟构想进行了探讨。时隔仅仅9个月,2005年3月23日,美国宇航局正式宣布太空天梯已成为世纪挑战的首选项目。以研究天梯而著称的西弗吉尼亚州费尔蒙特科学研究所的布拉德·爱德华兹博士在论文中写道:"天梯可以使人类历史实现跳跃性的发展。"他认为自己构想中的初版天梯可能在2019年问世,其成本大约为70亿~100亿美元,与人类其他大型太空工程相比,这项费用并不算太大。
太空天梯一旦建成,就可昼夜不停地开展运输工作,把旅游者和货物送入太空,并大大降低运送费用。如今火箭发射或航天飞机运送每公斤有效载荷约需2万美元,而太空天梯运送每公斤物品仅需10美元,从而能够推动空间技术实现跨越式发展。
在月球上建天梯
2012年,由美国航空航天局前工程师迈克尔-莱恩创办的电梯港集团公司宣称,由于在月球上建太空电梯比在地球上建更容易,所以该公司可用现有技术在月球上建造一座太空电梯,并表示这一想法能在8年内成为现实。
"大约在六个月前,我们的研发工作取得了根本性突破,我们认为这一突破将改变人类文明",前美国国家航空航天局工程师、现任美国电梯港集团总裁迈克尔·莱恩表示,这个突破性的进展可以让他们借助现有技术,让搭载人造卫星的火箭进行月球单程之旅,以及成功建造能够在月球使用的太空电梯,而这一想法可能在八年内实现。
据报道称,该公司开发的"太空电梯"系统,计划首先利用缆绳测试该系统,然后才推出月球系统。该公司研究人员最终希望使用一个"太空电梯"把月球和空间站连接起来。为了实施这个庞大的计划,他们在网上发起了一项集资活动,希望为月球"太空电梯"筹得第一笔资金。资金主要用于创建一座与地面相连的悬浮球载平台,这样机器人可以借助它向空中上升1.2英里(约合2000米)。
2001年到2003年期间,莱恩先是与美国国家航空航天局先进理念研究所的团队合作,共同开发"太空电梯"。2003年,他加入电梯港集团,通过实验实现了让机器人在悬浮球载平台的帮助下向空中上升了1英里(约合1600米)的试验。
由于经济危机的影响,该公司在2007年到2012年期间曾被迫关闭,很多人已经离开并参与到其他项目的研发当中。莱恩说,他们正在培训一个新的合作团队。据了解,该公司进行一年的可行性研究至少需要300万美元。
该公司希望,如果这项技术成功的话,也可以应用在地球上的其他领域。比如,它们还可以在地球上充当廉价的通讯塔,以帮助提供无线网络、监控农作物生长、预防森林火灾,若在上面安装摄像机,人们还可以借助它来观测一些自然灾害的后续情况。
日本建筑公司大林组计划建造一部太空电梯,将游客送入距地面约合3.6万公里的太空。太空电梯的缆绳将与太空中的一座空间站相连。根据大林组的计划,太空电梯梦想有望在2050年成为现实。
日本大林所设计的太空电梯缆线,全长为地球到月球距离的大约四分之一,这相当于9.6万公里。电梯缆线固定在地球地表一个定点上,另一头系着一个起平衡作用的铅坠。电梯电缆的中间部位是一个太空站,该太空站内将建设实验设施及居住的空间。据介绍,升降机每次可以同时搭乘30名游客升入卫星空间站中,让他们有机会"站"在太空中欣赏宇宙美景。据悉,升降机需要花费一周的时间才能到达空间站,但乘客们基本不需要接受任何太空旅行方面的训练。
该太空电梯被命名为"东京天空之树",高2080英尺。这座高塔还将作为一个数字广播天线,陆续不断地吸引东京以及更远地区的太空观光游客。Satomi Katsuyama说:"我们的专家对建筑、气候、季风和设计等方面进行了综合分析,他们表示这座太空电梯具有一定的可行性。"
2012年,日本的大林组建筑宣布预期在2050年就能完成一个"天梯"的建造项目。这个项目能将乘客带到3.6万千米的高空太空舱俯瞰地球,而电梯的总建造高度将达到9.6万千米。
2012年,大林组首次完整提出"天梯"计划,为此他们邀请所有日本的大学参与进来,共同研究"天梯"所需要的技术。大林组自信能在2025年开始建造太空电梯。"天梯"需要轻而耐重的材料,纳米管就是极佳的选择,然而现在的技术障碍是大林组还不能造出足够长度的纳米管,能造出的只有三厘米长。预计每个电梯厢能装下30名乘客。但是"天梯"项目到底能不能创收是未知数,"天梯"维护计划也没有出台。
日本建筑业巨头大林组公司表示,"太空电梯"将在2050年之前竣工,能把人抬高9.6万公里,直接进入太空。届时,每个电梯间能坐30个人,在磁力线性发动机的推动下向上爬升7天,就能从地面直接到达在太空中新建的空间站。另外,"太空电梯"的费用还不到航天飞机的一百分之一。要知道,航天飞机平均运送1公斤货物耗资2.2万美元,相对而言,"太空电梯"仅花费200美元。
专家们曾于2012年召开研讨会,肯定了"太空电梯"的可行性,同时认为,这样一个庞大的项目必须通过国际合作才能实现。而一旦有了"太空电梯",人们就不必完全依赖航天飞机了。
大林组公司的研发经理表示,"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……现在我们还做不出来那么长的纳米缆绳,最多只能做到3厘米……但是在2030年之前应该能够做到。"另外,日本神奈川大学的研究团队负责机械电梯间的研发工作,致力于改善升降以及刹车系统。