一条条缆绳直通天际，方型轿舱以每小时数百公里的速度向太空攀升……电影《流浪地球2》中出现的太空电梯震撼了不少观众，人们也憧憬着这样一条“太空天路”能在未来成为现实。太空电梯的概念早在100多年前就已经被提出，加拿大凡尼尔学院物理学教授史蒂芬·科恩十几年来一直从事相关研究，28日，在接受《环球时报》记者专访时史蒂芬·科恩表示，如果人类真的希望成为太空居民，那么太空电梯是目前取代火箭的最佳选择。科恩认为，建造太空电梯需要大量技术突破与全球范围的合作，目前还很难预测何时能够建成。

《流浪地球2》中的太空电梯

科恩告诉《环球时报》记者，太空电梯是一种“革命性”的地球-太空运输系统。根据设想，太空电梯的主体是一条长达3.6万公里的缆绳，它将把赤道附近的浮动平台与同步卫星相连。由于引力和离心力处于一种平衡状态，因此太空电梯可以保持稳定。通过缆绳，人和物可以被送入太空。

科恩说，相比当前使用的火箭，太空电梯有若干优点。例如火箭发射需要携带大量燃料，如果使用以太阳能为能源的太空电梯，那么执行太空任务的成本将大幅下降。对于航天员而言，太空电梯也将比一次次火箭发射更加安全。与此同时，太空电梯有望让每个人都可以进行负担得起的太空旅行。

公开资料显示，早在19世纪末期，被誉为“航天之父”的俄国科学家齐奥尔科夫斯基就曾提出太空电梯的设想，提出在地面上建设一座直抵地球同步轨道的超高型铁塔，以架设电梯的方式实现进入外层空间。在人类开始进入太空后，苏联工程师尤里·阿尔楚塔诺夫设想过建设一条空地间的“电力火车”来实现太空物流运输。此后，美国科学家杰罗姆·皮尔森首次将太空电梯的概念理论化，并在其1979年发表的科幻小说《天堂的喷泉》中首次描绘了“登天电梯”。

随着科技的进步以及人类探索太空的需求增长，近年来，科学家和工程师开始尝试将太空电梯从小说带入实验室。2012年，日本著名建筑公司大林组曾宣布要投资100亿美元建设太空电梯。

2004年以来，科恩一直对太空电梯保持关注，并就这一系统涉及的力学问题发表多篇论文。据科恩介绍，各方对太空电梯的一些初步研究已经在开展，包括总体设计、动力学以及该系统建成后可执行的任务等。他补充表示，在上世纪曾多次进行的系留卫星（系绳卫星）任务也为太空电梯积累了一些经验。

在去年11月举行的2022空间技术和平利用（健康）国际研讨会上，国际太空电梯联盟主席、国际宇航科学院院士彼得·斯旺曾介绍称，根据目前设计，太空电梯轿厢重约20吨，攀爬速度约为每小时200公里。未来，随着缆绳加长、轿厢攀爬速度加快，预计8天可到达地球同步轨道，14天可到达月球，61天可到达火星。

尽管如此，太空电梯的设计和建造仍然面临大量挑战，其中需要解决的核心问题就是缆绳的材料。由于缆绳会随着同步卫星一起高速转动，巨大的向心力产生拉扯，对缆绳材料的强度要求极高。根据中科院物理所近日发布的一篇科普文章，经计算，缆绳需要承受的最大应力至少要达到400 GPa，而钢的抗拉强度只有400 MPa，相差1000倍。

科恩告诉《环球时报》记者，除强度外，缆绳的材料还需要具备低密度、能快速制造、成本合理等特点，材料的导电性、导热性等也需要考虑。目前来看，某种石墨烯产品在未来可能会满足所有需求。公开报道显示，当前最近接天空电梯缆绳要求的材料是碳纳米管，这是一种由碳原子组成的管状结构纳米材料。2013年，清华大学魏飞教授团队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%以上后，成功制备出了单根长度超过半米，且具有完美结构的碳纳米管。

找到合适的缆绳材料仅仅是太空电梯需要解决的庞大问题的一环。科恩提到，太空电梯需要面临的另一个主要挑战是太空垃圾，主要是卫星等产生的碎片。这一问题必须得到彻底解决，否则将是太空电梯的一个“大麻烦”。

科恩坦言，他并不能预测太空电梯何时能成为现实。“从技术的角度，可能需要二三十年，而且这一项目将非常昂贵，难以获得投资回报。”科恩说，另一方面，太空电梯需要全球范围内政府和企业的共同努力，而达成这种合作可能比建造技术的挑战更加艰巨。【环球时报-环球网报道 记者 赵觉珵】