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英国著名科幻作家Arthur C. Clarke在小说《天堂之泉》中，首先向主流科学 社会 和公众介绍了“太空天梯”的设想。
“太空天梯”的主体结构为：一根一端连接地球，另一端连接在地球同步轨道之上运行平衡物的缆绳。
它把人和货物送入太空，消耗的能量比用火箭运送少得多
比起依靠燃烧昂贵的燃料把货物推离地面，“太空天梯”能够以更加廉价的方式把货物送入太空。
“太空天梯”这种想法非常令人着迷，吸引了很多科学家和对科学有兴趣的人。但为什么在实际中“太空天梯”迟迟没有出现呢？其实，这并非人们不往这个方向努力。
建造太空天梯难度在哪？ 缺乏高强度绳子
“太空天梯”这种想法非常令人着迷，为什么在实际中“太空天梯”迟迟没有出现呢？困难在于没有强度足够的材料。
英国著名科幻作家Arthur C. Clarke在小说《天堂之泉》中，首先向主流科学 社会 和公众介绍了“太空天梯”的设想。
“太空天梯”的主体结构为：一根一端连接地球，另一端连接在地球同步轨道之上运行平衡物的缆绳。它把人和货物送入太空消耗的能量比用火箭运送少得多。比起依靠燃烧昂贵的燃料把货物推离地面，“太空天梯”能够以更加廉价的方式把货物送入太空。
“太空天梯”这种想法非常令人着迷，吸引了很多科学家和对科学有兴趣的人。但为什么在实际中“太空天梯”迟迟没有出现呢？其实，这并非人们不往这个方向努力。建造"太空天梯"的困难在于没有强度足够的材料。
目前，人们可以生产出比钢铁坚韧数百倍，而重量却只有钢铁几分之一的纳米材料。
但问题是，一旦纳米材料到达微米的尺度，其强度和韧性就开始下降 。因此，在开始建造“太空天梯”之前，如何让材料在纳米尺度上的性质在宏观尺度上继续保持，是首先要解决的问题。
虽然还有很多问题困扰着科学家，但是Arthur C. Clarke一直认为“太空天梯”的出现只是一个时间问题。
太空天梯的建设计划
俄罗斯
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。
美国
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。
“太空电梯”也许已经死亡，但它正以另一种方式重生
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基，火箭专家和宇航先驱 ，提出了在《天堂的喷泉》《三体》等科幻小说，以及无数科幻 游戏 中实现的重要概念 --- 太空电梯 。
然而，它依旧是书页里的幻想，亦暴露了这项工程的弊端。
天梯，真的永远无法实现吗？
当代科幻题材的文化作品中， 天梯频繁出现，已经成为某种近未来的不可或缺的 “标准配置” 。也被冠以太空梯、太空电梯、轨道电梯等名称。
建造‘太空天梯’的困难在于没有强度足够的材料
人们可以生产出比钢铁坚韧数百倍，而重量却只有钢铁几分之一的 纳米材料 。
但问题是，一旦纳米材料到达微米的尺度，其强度和韧性就开始下降 。因此，在开始建造“太空天梯”之前，如何让材料在纳米尺度上的性质在宏观尺度上继续保持，是首先要解决的问题。
虽然还有很多问题困扰着科学家，但是Arthur C. Clarke一直认为“ 太空天梯”的出现只是一个时间问题 。
天梯是人类的古老梦想
希腊神话中曾提到一架梦想中的梯子——雅各布天梯，它将人们从地面到天空的道路打通，据说雅各布就是在梦中沿着这架梯子上天取得了“圣火”。
我国古代有一个关于“昆仑天梯”的神话：传说在高峻巍峨的昆仑山顶峰上，有一株大树叫作建木。
这株树紫褐色的树干笔直地插向蓝天，在树顶上伸出无数枝条，向四周伸展，并长着万年常青的绿叶，开着千载不谢的花，结着永不枯落的金果。谁要是能沿着这棵大树攀登到顶，就能进入天庭，得道成仙。
2015年大热的科幻小说《三体》也曾多次提及“太空电梯”
人类对外太空的向往，从古至今都有“执念”，一直设想着搭建“天梯”的种种可能。但经过上百年的开发与研究，这个梦想至今仍未能实现。
不过，近年随着新材料科学的发展，“天梯”终于开始一步步走进现实。
平民的太空之旅可能吗？
太空旅行的最大挑战之一是逃离地球的轨道。无论是前往轨道空间站，还是前往月球，或者向其他星球出发，突破地球轨道是第一步，也是最大的一步。“太空电梯”长期以来一直是科幻小说的主要内容，承诺以创新的方式克服地球的轨道。
根据这个前提，一条长长的电缆，在赤道上固定在地球上，提供了一种将人、物资和车辆移入太空的方法。通过在系绳的远端有一个平衡装置，地球自转产生的离心力将克服地球引力，导致缆绳保持绷紧和垂直。
尽管早在1895年就被俄罗斯科学家Konstantin Tsiolkovsky描述过，但足以建造传统太空电梯的材料还不存在，或者说制造必要数量的材料是很困难的。然而，通过一些修改，一个电梯可能是可能的。科学家们一直在研究如何利用现有技术和材料使太空电梯成为现实。这些努力至少分为两个不同的阵营。
据Mashable报道，最有希望的方法是约克大学机械工程系教授George Zhu提出的方法，他与人合作撰写了一份关于这个想法的研究。该方法将涉及使用两条电缆，而不是一条，很像一个缆车系统。
“这就像缆车一样，从一个较低的航天器移动到一个较高的航天器，”George解释说。“它们在一个循环中不断前进，它们保持稳定。在技术方面，它几乎已经完成了......我非常有信心，我们将在22世纪之前拥有它。”
使用两根电缆，而不是一根，将更容易保持电梯的稳定，并防止地球大气层中的横风对它的冲击。这两根电缆将悬挂在地球表面，而不是固定在地球表面，进一步减少压力。即使需要用火箭来到达电梯的低层，总体成本仍将大大低于整个旅程中使用火箭。
虽然George认为这种设计在22世纪是可能的，但该项目的负责人，约克大学地球和空间科学与工程系副教授Brendan Quine，似乎对时间框架更加乐观。
他告诉Toronto.com：“我不想低估技术问题，（但）我认为它在10年内是可以实现的。”
另一个更加雄心勃勃的项目，是一个将扭转太空电梯方向的项目。剑桥大学的Zephyr Penoyre和哥伦比亚大学的Emily Sandford提议将太空电梯固定在月球上，而不是固定在地球上。
正如《麻省理工 科技 评论》所解释的，电缆将穿过拉格朗日点，这是地球和月球之间的一个点，它们的引力在这里相互抵消。这将是建立某种“大本营”的理想地点，在那里可以安全地进行建筑项目和科学实验。与地球轨道不同，该地区将提供真正的零重力，没有任何方向的引力。
这种特殊类型的太空电梯将不像传统的建议那样有助于脱离地球轨道，或在其附近的活动。然而，它将大大降低往返月球的成本和挑战，使“殖民外星”成为一种非常现实的可能性。
这两个提案的最好的一点是，它们可以完全用广泛可用的材料--如钛和铝--来建造，使太空电梯成为使用今天的技术的一个非常现实的可能性。
第一位太空游客——丹尼斯·蒂托
太空旅游是基于人们遨游太空的理想。到太空去旅游，给人提供一种前所未有的体验，最新奇和最为刺激人的是可以观赏太空旖旎的风光，同时还可以感受失重的奇妙。第二位太空游客——马克·沙特尔沃思太空游项目始于2001年4月30日。第一位太空游客为美国商人丹斯尼·蒂托，第二位太空游客为南非富翁马克·沙特尔沃思，第三位太空游客为美国人格雷戈里·奥尔森。专家表示，未来的太空旅游将呈大众化、项目多样化、多家公司竞争、安全法规日益完善四大趋势。
然而应该指出，宇航员要学会操纵航天飞船，而游客要做的，仅仅是听从宇航员命令，不要给担任“导游”的宇航员们制造麻烦，因此他并不需要经过严格而系统的训练。虽然对太空游客的技术要求不高，但有一个条件是必需的，那就是健康的身体。
从广义上来说，常被提及的太空旅游至少有三种途径：接近太空的高空飞行、亚轨道飞行和轨道飞行。
1万美元体验高空飞行
接近太空的高空飞行并非货真价实的太空旅游，但它能让游客体验身处极高空才有的感觉。当游客飞到距地面18千米的高空时，便可看到脚下地球的地形曲线和头顶黑暗的天空，体会到一种无边无际的空旷感。计划用来实施这种旅游的飞机有俄罗斯的“米格-25”和“米格-31”高性能战斗机。这些飞机能飞到24千米以上的高度，乘坐它们旅游的每张票价约为1万美元。
飞船在亚轨道中飞行
10万美元体验亚轨道飞行
亚轨道飞行能产生几分钟的失重，美国私营载人飞船“宇宙飞船1号”和俄罗斯计划研制的“C—XXI”旅游飞船就是从事这种飞行的典型，它们在火箭发动机熄火和再入大气层期间能产生几分钟的失重。这种飞行的价格约为每人每次10万美元。
2000万美元体验轨道飞行
真正意义上的太空旅游——轨道飞行
美国人奥尔森体验的是真正意义上的太空旅游——轨道飞行。实现轨道旅游的工具目前主要是国际空间站，可供游客到达空间站的“客车”主要是俄罗斯“联盟”飞船和美国航天飞机。美“哥伦比亚”号航天飞机失事后，太空旅游机构大多将目光转向了“联盟”系列飞船。乘坐它们旅游的每张票价约为2000万美元。
除了以上提到的三种相对成形的“太空游”形式，有没有新项目丰富太空之旅呢？设想一下悬浮在距地400千米高空的度假酒店吧。
俄航天部门与官方和企业共同设计微型“太空旅馆”的计划。也有美国工程师提出，可用轻型充气材料建一个长期绕地飞行的舱体，其“房费”将比空间站之旅略微便宜。
部分美俄专家还在探索用纳米材料制造“太空电梯”。“电梯”吊索的一端固定在陆地或海面的平台上，另一端紧抓住距地约3.6万千米、与地球同步飞行的航天器。这种研究的最终目标是让人和货物在太阳能驱动的“电梯”中升降上万千米，而每千克负载的运送成本据估计仅需10美元。“太空电梯”的设想如能实现，太空旅游、航天客货运输将迎来全新的发展机遇。
为了保持在太空旅游领域的优势，美国“太空冒险”公司还宣布了“月球旅游”计划。按照这个计划，游客将首先前往国际空间站，在站内停留1周之后再乘坐“联盟”飞船前往月球，在离月球160千米的轨道上空近距离地欣赏“月景”。
太空电梯示意图
发展太空旅游业，不只是让普通平民体验太空生活，它还有着重要意义。例如可以利用太空旅游的收益继续发展航天事业，保证昂贵的资金来源不仅限于政府资助，加快人类航天技术的发展。也可以让普通平民，特别是有较强经济实力的个人更加了解航天事业的重要性和优越性，使他们尽自己的有限能力参与其中。由于太空旅行是针对平民的，所以更符合今后人类踏入宇宙的要求。在太空旅行中，专家可以利用这个机会研究人类移民太空所遇到的困难和麻烦。所以，太空旅行不只是少数人的奢侈消费，它对于人类的航天事业有着非常重大和深远的意义。
尽管无论经营者还是消费者都对太空旅游的前景抱有很高的期望值，但太空真要成为人们下一个旅游目的地，还必须要迈过几个坎。
目前，轨道飞行的2000万美元的费用，使太空旅游只能是“富人的俱乐部”。因此，降低费用是扩大太空旅游市场的关键；太空飞行的安全风险依然无法忽视。针对太空旅游的高风险性，美国联邦航空局已出台了第一部针对太空旅游业务的条例，该条例暂时没有强制要求太空旅游公司保证旅客人身安全，理由是太空旅游尚处于起步阶段。在太空旅游的过程中，游客的身体必须要能经受得起火箭起飞时的巨大噪音、振动、过载等种种考验，同时，还必须能够耐受强辐射、长时间失重等状况。提高运载工具的舒适性，也是开拓太空旅游的重要因素。
美国亚特兰大太空工程公司有关人员指出，太空旅游市场如果要达到一定的规模，每次价格必须降到5～10万美元，才能让大众接受。能够重复使用的宇宙飞船则为向太空运送更多的平民拜访者开辟了一条在经济上切实可行的途径。
太空旅馆示意图
首架专为太空旅游开发的可以重复使用的“火箭飞机”已由美国加州一家名叫XCOR的太空旅游公司研制出来，并试飞成功。美国航空航天工业前景研究委员并建议开发低成本的商用太空旅游飞船——太空巴士，每次可坐20人左右。这种设想中的太空巴士，属于能运送游客往返于国际空间站与地面之间的双程轨道运输机。而航天能力同样不凡的俄罗斯宇航局则宣布，其准备用C—21型航天器进行有偿载人飞行活动，每人的旅费仅为10万美元。
尽管实现太空旅游仍然面临着许多问题，但是，人们依然相信，随着空间技术的发展，在不远的将来，太空旅游“平民化”将成为现实。
随着科技的进步，太空旅游会离我们越来越近。在不久的将来，火箭发射能力会逐渐增强，升空的舒适度也会大大提高，并且随着运载能力的提高，大规模太空旅行也将会实现。
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