乘天梯去“太空一日游”？ 这个梦或许不再遥不可及
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。
运输成本将缩减 可由每公斤2万美元降至500美元
最早真正从实际操作的可能性出发提出“天梯”概念的人，应该还是俄罗斯火箭专家齐奥尔科夫斯基。他从巴黎的埃菲尔铁塔得到灵感，在1895年时大胆地提出，可以在环地球的一个静止轨道上建设一个“太空城堡”，把城堡和地球表面用一根缆绳连接起来，就可以成为一架“天梯”。所谓“环地球的静止轨道”，其实就是从地球发射的航天器在环绕地球运行时，刚好与地球的自转同步，于是它的运行轨道就形成一个与地面相对静止的轨道。从地面上看，该航天器就像固定在地球上空某个位置一动不动。
在当时，齐奥尔科夫斯基的想法只能是个设想，无法付诸实践。
但齐奥尔科夫斯基的想法吸引了无数科学家的目光，英国伦敦大学学院高度、空间和极端环境医学中心创始人凯文·方曾在接受英国广播公司(BBC)的采访时说：“我能理解人们为什么被太空电梯的概念吸引。如果我们能以廉价和安全的方式进入太空，整个太阳系都将会成为我们的囊中之物。”
的确，据国际宇航科学院(IAA)报告统计：一旦太空电梯建立，负载进入太空的成本可由每公斤20000美元下降至500美元。这主要是因为，目前的运载火箭上，燃料需占80%的空间，14%的空间为火箭主要结构，其实只有6%可以载人与货物，而且火箭的发射以及回收成本都相当高。
加拿大的托特技术公司也估算过，太空电梯如果能得以应用，航天飞机的太空飞行成本能节省大约三分之一，同时还能大大地提高人类造访太空的频率。
为此，目前全球已有数个“天梯”项目正在积极进行中。
建造材料仍高昂 一架“天梯”恐耗资70亿-100亿美元
1991年，日本研究员意外地发现一种新型材料碳纳米管。它具有拉伸强度高、抗形变力强等极佳的力学性能，强度可达到钢铁的100倍以上，同时它的重量又很轻，同等体积的碳纳米管只有钢铁的几百分之一甚至几千分之一，直径1毫米的碳纳米绳便可以承载60吨的重量，因此它迅速被科学家们公认为是“制作天梯的最理想材料”。然而这种材料非常昂贵，每克已价值500美元。而“天梯”的规模显然将远远超出人类目前能够建造的任何一种大型建筑或工业器件，使用的材料的规模也会极大。那么，就算材料质量已不成问题，一架“天梯”的造价也将非常惊人。
1999年，受美国国家航空航天局(NASA)资助，洛斯阿拉莫斯国家实验所的布拉德利·爱德华兹博士制订出“使用新型碳材料制造太空电梯”的方案，并发布了“用碳纳米管材料制作太空电梯”的可行性报告。他指出，一架这样的“天梯”成本应为70亿-100亿美元，这仍然会远远低于那些大型的太空项目。
日，NASA宣布太空电梯已成为“世纪挑战”的首选项目，至今每年都会举行“机器人攀爬缆绳”和“测试缆绳强度”这两项赛事来检验实验成果。
但2014年，Google X的快速评估研发团队发现，目前还没有人制造出超过一米的完美的碳纳米管链。而保守估计，搭好一架“天梯”需要上百万吨的纳米材料，长度达到3.6万米以上；不过同年9月，美国科学家约翰·巴丁又在《自然材料》上发表文章称：他们研发出超细、超坚固的纳米线，比之前发现的碳纳米管更坚固更牢靠，可以用于制造超级坚固的轻型绳索来搭建太空电梯。于是，“天梯”的项目很快又一次引起美国NASA与欧洲航天局(ESA)等研究机构的重视。
新材料性能优异 1毫米直径细丝能吊450公斤重量
值得一提的是，在此进程中，还出现了另一种“天梯”搭建材料——“柴隆”纤维。
在20世纪80年代，美国为发展航天航空事业而开发了一种复合材料用的增强纤维，化学成分叫作聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)。它具有十分优异的力学性能和物化性能，目前已经普遍应用于防弹衣制造中。这种超轻纤维所做的1毫米直径的细丝就能吊起450公斤的重量，从力学、耐热、阻燃性能等各方面来看，它都具备了用来打造“天梯”缆绳的条件。相比于碳纳米绳，它在原料价格和加工成本上也低得多。所以，当日本东洋纺公司于2004年实现了PBO纤维的工业化生产，并将它命名为“柴隆”后，它也被纳入了科学家们打造“天梯”的计划中。
然而“柴隆”纤维有一个致命弱点——它降解得太快。而“天梯”的缆绳显然不像很多电梯的简单部件那样，可以在失效之前随时更换。
看看各国科学家们的实践
不妨设想一下，如果“天梯”真的按计划搭建成功，我们甚至可以在一日之内往返于地球表面与离地表至少10万公里的外太空，完成“太空一日游”。如果不算搭建成本，这一趟往返成本可能比我们现在乘坐一次长途客运飞机还要便宜。那时人类文明将进入一个全新的“太空时代”，或许这也是科学家们积极研发“天梯”的动力之一吧。
美国的“月亮天梯”
至少需5万公里长缆绳，一次可运送30名乘客
据美国《今日宇宙》日报道，美国企业家迈克尔·莱恩在2003年成立了LiftPort公司，投入巨资研究从地球通往太空的“天梯”。目前他们的工作重心便是搭建从月亮到地球的“月亮天梯”。莱恩甚至宣称：“在5年到10年内，我们将实现‘月球天梯’的梦想。”
其设想是这样的：用一条长长的缆绳，一端固定在地球上，另一端固定在与地球同步轨道的平衡飞行器上；而在地球和月球之间，存在若干“拉格朗日点”，利用它们与地球和月球的相对位置是基本不变的这一特点，再从月球上固定长长的缆绳，与这些点连接；在引力和向心加速度的相互作用下，这些缆绳都将被绷紧，成为可以运输的路线，电梯梯厢(或者可叫作太空轻轨车)可以利用太阳能或激光能沿缆绳上下运动；人们在地球上的登梯点上天梯，在到达与地球同步轨道的平衡飞行器上后，经过转乘，登上直达月球的电梯，就能顺利到达月球了。
月球天梯至少需要长达5万公里的缆绳。而在正常情况下，太空梯可以一次运送30名乘客，在6个小时内就能抵达10万公里外的太空。如果搭建成功，每磅货物运输成本不过数百美元。这一计划也受到了美国宇航局的高度重视。
日本的“太空电梯”
预计于2050年完成项目，缆线约有9.6万公里长
日本大林建设公司2012年首次提出“天梯”计划，声称能在2025年开始建造一架太空电梯，预计在2050年便能完成一个完整的建造项目，他们设计的太空电梯缆线全长将为地球到月球距离的1/4，约有9.6万公里。设计者称，该“天梯”的梯厢可乘坐30人，如果以每小时200公里的速度运行，升到3.6万公里的高空要花去7天时间。对比之下，同样的距离，一架太空飞船只要一个多小时就走完了。
加拿大的“塔状天梯”
具有独立塔状结构，比迪拜塔还要高出20倍
目前地球上运程最长的迪拜哈利法塔电梯已长达800多米。而2015年8月，英国《每日邮报》报道称，加拿大的托特公司正在计划建造一个高度约两万米的“塔状天梯”。该公司已获得一项美国专利权，用于建造独立塔状结构，可从地球表面向空中延伸至万米。如果真的建成，这个太空塔的高度将成为“全世界上最高建筑物”，比迪拜塔还要高出20倍。
俄罗斯的“货运天梯”
从太空舱将缆绳送回地球，巧妙完成运货
据俄罗斯《真理报》报道，“天梯”这个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。报道中称，俄罗斯科学家的该研究工作已进行到收尾阶段。这部“货运天梯”的主要工作原理其实并不复杂，装有货物的太空舱将通过一根从太空站延伸出来的30公里长的特别牢固的缆绳送回地球。缆绳重量不会超过6公斤，自然需要用特别材料制成。当其进入大气层后，缆绳会燃烧，货物则接着依靠自带气球的托力，继续缓缓地落向地球。
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作者： 羊城晚报
[责任编辑: 宋金玉]
“天梯”,太空,材料中国飞船太空潜伏三个月干了件大事 美媒曝中国航天宏大计划
8月1日建军节当天，中国航天曝出了一则“大新闻”，已经在太空轨道上“潜伏”三个月之久的“天舟一号”货运飞船成功释放了一颗卫星。据美国“太空探索”网站报道，这标志着中国首次掌握了使用飞船在太空部署卫星的技术，除了民用用途广泛外，在军事上也有极大的潜力，未来中国能够在太空长期部署飞船，内部储存备份卫星或“杀手卫星”，战时可快速补网或破坏敌方卫星系统。
在太空采用在轨储存方式发射卫星并非一件容易的事，需要突破轨道分离解锁技术、放射器和卫星接口匹配技术和特殊材料加工技术等等，全世界只有美俄等传统航天强国具备类似能力。据报道，天舟一号货运飞船于4月20日发射升空，目前已经在太空运行了104天，在完成最初的为天宫二号输送物资的任务后，在此期间的任务一直都罕有人知，据悉，天舟一号在这三个月的时间内进行了“一系列空间科学试验”，为中国未来探索太空新技术打下了良好基础。
美国航天专家表示，天舟二号的运载能力在全世界范围内也属一流，其近地轨道运载能力为6.5吨，横向比较世界其他货运飞船，俄罗斯的进步M为2.5吨，日本的H-2型飞船为6吨。除了担任“太空快递”外，天舟一号即将进行一项非常具有挑战性的工作，就是为“天宫二号”空间站进行“加油”。
我们知道，目前由美国牵头、日俄欧等参与的国际空间站已经到达了寿命末期，除了设备老化外，还有一个重要原因就是空间站的推进燃料即将消耗殆尽。由于航天器在轨道运转时必须不间断的消耗燃料来调整姿态保持在轨飞行，因此一旦燃料使用完就标志着航天器将不断下落，直至落入大气层坠毁。
中国未来很可能将拥有全世界唯一的空间实验站，目前已经有俄罗斯、欧洲航天机构表态，愿意与中方进行深度合作，甚至已经开始学习汉语准备未来的工作交流。而维持空间站的正常运转就必须不断为其加注燃料，天舟一号即将在不久之后尝试为天宫二号首次添加燃料，目前全世界只有美国和俄罗斯具备类似能力，但是只有俄罗斯曾实际应用过，如果中国能够成功掌握该技术，那么无疑为未来空间站的顺利运行打下了坚实基础。
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今日搜狐热点中国已经输掉了海洋，输掉了陆地，今天我们不能再输掉太空！
中国已经输掉了海洋，输掉了陆地，今天我们不能再输掉太空！
原标题：中国已经输掉了海洋，输掉了陆地，今天我们不能再输掉太空！众所周知，美俄一直都是航天领域的霸主，向来是看不起中的航天事业，连之前的太空站的建设都不让中参加，甚至不对中开放其空间站。但是现在中的航天事业发展蓬勃，已经引起美俄的高度重视。而且就在前段时间，中美俄同时发射太空飞船，中国发射的是“天舟一号”，俄是“联盟号”飞船，而美是“天鹅座”货运飞船。在众多军迷看来，美俄曾经说不带中国玩， 说中国人根本搞不出来，如今真是被打脸了！中国建国发展才几十年，欧美强国建国发展几百年，中国取得今日之发展就是奇迹！500年前，我们输掉了海洋；200年前，我们输掉了陆地；今天，我们不能再输掉太空！在笔者看来，俄罗斯，美国都是超级航天大国，中国是后来居上。目前中国和美国是并驾齐驱，说明中国不容小觑，若要超过美国当然需要研发资金投入远远超过美国，这需要利用各国的资金优势和技术人才来为中国开天辟地！
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百家号 最近更新：
简介: 最麻辣的军事点评，一语道破玄机
作者最新文章中国制出世界最长碳纳米管 将为太空天梯开启一线曙光
关键字: 碳纳米管半米级碳纳米管清华大学魏飞天梯太空天梯中国基础研究头条观察者头条
近日，清华大学魏飞教授带领的的团队制备出了世界上最长的碳纳米管，其单根长度可以达到半米以上。由于碳纳米管自身重量极轻，却拥有高出钢铁数百倍的拉伸强度，被认为是制造&太空天梯&的理想材料。
魏飞教授说，他们团队的目标是制备出公里级以上长度的碳纳米管，为太空&天梯&的制造开启一线曙光。
&魏飞团队制造出长度达到半米的碳纳米管
创造纳米材料新纪录
近日，在北京市科委支持下，清华大学化工系魏飞教授与清华大学微纳米力学中心的张莹莹副研究员合作带领的团队成功制备出单根长度达半米以上的碳纳米管，创造了新世界纪录，这也是目前所有一维纳米材料长度的最高值。
6月27日，国际著名期刊《美国化学会纳米》（ACS Nano）发表了一篇题为《基于Schulz-Flory分布的半米长碳纳米管制备》（Growth of Half-Meter Long Carbon Nanotubes Based on Schulz-Flory Distribution）的论文，对这一成果进行了介绍。文章第一作者为清华化工系博士生张如范，共同通讯作者为魏飞教授和张莹莹副研究员。
据该论文介绍，魏飞教授团队充分发挥材料制备和化工技术学科交叉的优势，在制造设备、制备工艺方面进行大量改进和创新，首次将生长每毫米长度碳纳米管的催化剂活性概率提高到99.5％以上，最终成功制备出单根长度超过半米的碳纳米管。
太空天梯的理想材料
碳纳米管结构示意图
碳纳米管是由石墨分子单层绕同轴缠绕而成或由单层石墨圆筒沿同轴层层套构而成的管状物。其直径一般在一到几十个纳米之间，长度则远大于其直径。
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了这一特别的分子结构。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。 作为人类发现的力学性能最好的材料，碳纳米管有着极高的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率。例如，碳纳米管的单位质量上的拉伸强度是钢铁的276倍，远远超过其他任何材料。
《科学美国人》杂志曾提出一种诱人的梦想：利用碳纳米管制作一根太空天梯，可以使人类沿着天梯直接从地球通往太空。
虽然与人类现有的太空项目看上去非常不同，但&太空电梯&并非一个遥不可及的幻想。弗吉尼亚州费尔蒙特科学研究所的布拉德&爱德华兹博士指出，&太空天梯&的成本大约为70亿~100亿美元，与人类其他大型太空工程相比，费用并不算太大。更重要的是，太空升降舱上天不需要携带大量燃料，预计所耗能量不过为宇宙飞船发射的1%。英国的一项测算显示，用太空升降舱运送一个人和行李的费用仅相当于常用航天飞机运送费用的0.25%
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。
将挑战公里级长度
实现&太空电梯&梦想的前提是批量制备出具有宏观长度并且具有理论力学性质的碳纳米管，其单根长度需要达到米级甚至公里级以上。
自从1991年碳纳米管被正式报道以来，为了提高其长度，全世界的碳纳米管研究者进行了大量艰辛的探索。然而一直到2009年，碳纳米管的最大长度只有18.5厘米，这种有限的长度极大地限制了碳纳米管的实际应用。
魏飞教授带领其研究团队在超长碳纳米管的制备方面开展了深入的研究工作。他们发现超长碳纳米管在本质上可以当作一种一维线性高分子，其生长状况可以用高分子领域的Schulz-Flory分布机理来描述。在Schulz-Flory机理的描述下，碳纳米管的催化剂活性概率起到了最关键的作用。
对于碳纳米管的生长而言，在其生长过程中催化剂失活从而使其停止生长是一个不可逆转的规律，从而造成了超长碳纳米管很难达到很长的长度，并且也使其单位宽度上的生长密度急剧下降。要想提高了碳纳米管的长度，唯一的途径就是尽可能地提高其催化剂活性概率。
该研究团队在超长碳纳米管制备的工艺条件方面做了很多改进和创新，将生长每毫米长度碳纳米管的催化剂活性概率提高到99.5%以上，从而成功制备出单根长度达到半米以上的碳纳米管，在超长碳纳米管的制备方面创造了一个新的世界纪录。
&我们所制备的碳纳米管具有完美的结构、优异的力学性能和宏观的长度&，魏飞教授谈到，&目前我们正在从事一米以上碳纳米管的制备，下一步我们希望能够制备出公里级以上长度并具有宏观密度的碳纳米管。这些工作将为太空天梯的制备开启一线曙光。&
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