本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
科幻作家亚瑟·C·克拉克 (Arthur C. Clarke) 的粉丝们都知道并喜爱他 1979 年的经典小说《天堂之泉》。 该情节围绕着 22 世纪一位有远见的结构工程师凡内瓦·摩根 (Vannevar Morgan) 博士的努力展开，他试图建造一个太空电梯，将地球表面与地球静止轨道上的卫星连接起来，几乎就像一种“宇宙吊索”——更好地将有效载荷提升到那里，而无需依赖昂贵的火箭。
克拉克在真正的国际空间站发射近 20 年前写了《天堂之泉》。 他很有远见。 如果太空电梯真的成为现实，他可能会被证明具有双重预见性。 在上周巴尔的摩举行的 APS 四月会议上，西弗吉尼亚大学物理学家莱昂纳多·戈卢博维奇 (Leonardo Golubovic) 和他的学生史蒂文·克努森 (Steven Knudsen) 公布了太空电梯概念的新变化，将通常的细绳连接地球平台到地球静止轨道的示意图变成了旋转环。
太空电梯的想法并非起源于克拉克。 正如 2006 年旧版鸡尾酒派对物理学博客上的这篇客座文章所指出的那样
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正如克拉克承认的那样，最初的太空电梯是由俄罗斯工程师尤里·阿特苏塔诺夫 (Yuri Artsutanov) 于 1960 年在《真理报》上发表的一篇题为《乘坐电力火车前往宇宙》的文章中首次描述的。 从那时起，它显然至少被独立“重新发明”了三次：
(1) 斯克里普斯海洋研究所和伍兹霍尔海洋研究所的团队（1966 年）；
(2) 1969 年，A.R. Collar 和 J.W. Flower 在《英国星际学会杂志》上发表；
(3) 以及赖特-帕特森空军基地空军研究实验室的杰罗姆·皮尔逊 (Jerome Pearson)（1975 年）。 克拉克本人在 1963 年为联合国教科文组织撰写的一篇关于通信卫星的文章中也暗示了这一点，尽管没有完全展开（他声称是因为计算空间不足）。
太空电梯有几种概念设计，但它们都具有相同的基本组件：一条长长的系绳，一端锚固在海上浮动平台上，另一端连接到配重——地球静止轨道上的卫星或空间站——距离太空约 62,000 英里。 运输车（用于乘客或货物）将连接到系绳，并根据需要上下移动。 How Stuff Works 将这个概念比作系绳球游戏：“[一条]绳子一端连接到杆子上，另一端连接到球上……[T]绳子是碳纳米管复合材料带，杆子是地球，球是配重。 现在，想象一下球在杆子周围永不停歇地旋转，速度非常快，以至于绳子始终绷紧。 这就是太空电梯的大概思路。 配重绕地球旋转，保持电缆笔直，并允许机器人升降机沿着带子上下移动。”
太空电梯有很多好处：使用更少的电力来移动大型有效载荷（从而降低成本），更少的不利环境影响（电磁能比火箭燃料的废气更好），而且它很安静，基本概念可以适应和扩展——理论上是这样。 实际上，制造实用太空电梯的障碍至少可以说令人生畏。
首先是材料问题：您需要非常坚固的材料来制作系绳。 克拉克发明了一种虚构的“伪一维金刚石晶体”，其中含有一些微量元素杂质以增强强度，在零重力实验室中生长。 这种材料不存在，但碳纳米管确实存在，还有神奇的材料石墨烯，它不仅具有很高的拉伸强度，而且还具有合适的电磁特性。 最近，人们对一种新型类金刚石超薄纳米线感到兴奋，这种纳米线可能非常适合太空电梯缆绳，但它仍处于实验室阶段——特别是宾夕法尼亚州立大学约翰·巴丁的实验室——因此尚未完全准备好扩大生产规模。
唉，问题就在这里：尽管这些新材料前景广阔，但在部署为太空电梯的一部分时，它们尚未完全准备好迎接黄金时段。 还有许多其他障碍需要克服。 地球上唯一可行的位置位于赤道沿线，因为那里是卫星在地球静止轨道上排列最佳的位置。 飓风或龙卷风也很少，这可能会对陆地和太空之间至关重要的系绳造成严重问题。 但即使在最佳条件下，海洋也是比大多数人意识到的更困难和不稳定的环境。
伦敦大学学院的凯文·方 (Kevin Fong) 在二月份告诉 BBC Future，虽然他喜欢太空电梯的想法，但在实现太空电梯的过程中，会存在安全问题以及艰巨的工程问题。 他说：“它描绘了一个相当可怕的景象，即一根巨大的奶酪丝穿过太空，摧毁航天器，自身也被太空碎片击中。”
一家名为 LiftPort 的初创公司正专注于月球电梯，因为月球上的条件更容易导航，使其成为太空电梯原型的绝佳试验场。 早在 2012 年，该公司（技术上是一个公司联盟）在 Kickstarter 上筹集了超过 10 万美元，用于在地球和月球引力场之间的最佳位置建立 PicoGravity 实验室。
回到戈卢博维奇和克努森的旋转环设计：他们早在 2009 年就首次提出这个设计，作为解决如何向沿系绳移动的攀爬车供电的方法。 他们的想法是，可以说，给它一个旋转，将推动物体沿着系绳前进，而无需额外的推力，无论该推力是来自传统发动机还是来自激光的压力。
现在，由于集群计算，他们有了新的、更复杂的计算机模拟，证明这种概念不必局限于地球电梯——事实上，可能根本不需要连接到陆地。 这个概念应该适用于气态行星或表面较软、尘土飞扬的行星，这些行星会给锚定旋转太空电梯带来问题。 这种创造性的创新正是 Jen-Luc Piquant 个人非常赞成教授/学生在科学与科幻小说之间的边界进行合作的原因。
这一切听起来都很令人兴奋，而且在太空旅行方面，我和其他人一样都是狂热粉丝，但说真的——太空电梯在 10 年内成为现实的可能性有多大？ 2012 年，一家名为 Obayashi Corporation 的公司宣布，它可以在 2050 年之前建造一个基于碳纳米管的太空电梯，但普遍认为这主要是一种宣传噱头。 去年，谷歌证实它曾考虑过太空电梯项目，但认为它在目前是不可行的。 然而。
“但是自 1979 年以来，我们取得了如此大的进步！” 我仿佛听到你们都在抗议。 没错！ 只是进步还不够。 查看前面提到的尼克·弗莱明 (Nic Fleming) 在 BBC Future 上发表的长篇文章，他对现实世界的前景进行了深入、令人钦佩的清晰审视。 他的消息来源包括：那位有远见的人埃隆·马斯克 (Elon Musk)，他在去年 10 月告诉麻省理工学院的与会者：“这极其复杂。 我认为拥有太空电梯是不现实的。” 他将其比作拥有一座“从洛杉矶到东京的桥梁”，只不过那将比太空电梯更容易。
当然，马斯克在可重复使用的火箭交付有效载荷方面拥有既得利益——Space-X 刚刚在昨天进行了另一次几乎成功的测试，事实上。 太空电梯将构成严重的竞争。 但他对克服剩余挑战的难度也有很好的把握。 因此，如果马斯克持怀疑态度，也许我们也应该持怀疑态度。 这并不意味着我们不能抱有 Liftport 能够在其他人失败的地方取得成功的希望。 马斯克对麻省理工学院的听众说：“如果有人能证明我错了，那就太好了。”
那么克拉克富有远见的工程师呢？ 虚构的凡内瓦·摩根博士在他的愿景即将实现时死于心脏病发作。 但是等等！ 还有一个尾声，故事发生在摩根未来的几个世纪之后，人类已经放弃了垂死的地球，居住在经过地球化的行星上，并且有不止一个，而是许多太空电梯将这些行星连接到中央空间站。 他没有活着看到他的想法完全实现，但他设法瞥见了它。 希望我们也能如此。
参考文献
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Cohen, Stephen S.; Misra, Arun K. (2009) “攀爬器运输对太空电梯动力学的影响”，《宇航学报》 64 (5–6): 538–553。
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Landis, Geoffrey A. 和 Cafarelli, Craig (1999) 作为论文 IAF-95-V.4.07 提交，第 46 届国际宇航联合会大会，挪威奥斯陆，1995 年 10 月 2–6 日。 “重新审视齐奥尔科夫斯基塔”，《英国星际学会杂志》 52: 175–180。
Moravec, Hans P. (1977) “非同步轨道天钩”，《航天科学杂志》 25: 307–322。
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Wang, X.; Li, Q.; Xie, J.; Jin, Z.; Wang, J.; Li, Y.; Jiang, K.; Fan, S. (2009) “在清洁基板上制造超长且电均匀的单壁碳纳米管”，《纳米快报》 9 (9): 3137–3141。