癮科學：太空電梯

「將水從星球表面吸上來，還不如直接從宇宙另一頭運過來！」這是星界戰旗裡的一句話，很明白的點出了人類探索太空的第一大問題：我們處在地球的「重力井」裡，就像真正的井一樣，一個站在10 公尺深的井底的人想要爬井外所要花的力氣，遠大於在井邊的平地上走個 100 公尺。對比到外太空，就出現了從地表進入軌道要一架超級大火箭，但從軌道到月球只要一隻小太空艙的這種怪事情。

後來我們進步到了太空梭時代。太空梭可以重複利用，節省材料，但並不表示它就比較省能源 -- 將這麼重一個東西送入軌道就是要花這麼多的能量，而更芭樂的是，大部份的能量其實都花在推送火箭自已的燃料上了。有沒有什麼方法，是只要用物理所要求的最低能量，將東西送入太空的呢？答案就是太空電梯。

太空電梯首度進入一般人的想像之中，是因為亞瑟．克拉克的名作「樂園之泉（Fountain of Paradise）」。如果能將一根繩子從地球同步軌道上的太空站垂下，固定在地表相應的點上，那不就可以直接將貨物延著纜繩運送上去了嗎？完全不用浪費額外的能源在推送的燃料上 -- 只要將貨物本身送上去就 OK 了。多美好啊！不過等到科學家和工程師真正動手開始研究了，才發現情況好像沒有想像中那麼簡單...基座

基座基本上一定是在赤道上，因為這樣從地球同步軌道上垂下來的距離最短。基座有提出固定式和漂移式兩種選擇，其中固定式的比較容易完善周邊 的硬體設施（發電器材、指揮所、太空港），但漂浮式的，無論是海上的大型平台甚或是平流層中的大型飛行平台，都有藉移動來躲避不良氣候或太空雜物的可能， 因此也有不少支持者。（要造出大型飛行太空站的難度...不比做太空電梯本身低吧 orz）

纜繩

事實上稱之為「纜帶」可能更合適，因為目前的設計都傾向於使用一條扁長，像錄音帶那樣的帶子做為主纜繩。這條纜帶也不會是從頭到尾一樣粗的 -- 據計算在地球同步軌道處纜帶所承受的拉力最強，因此這地方會最粗，然後向兩邊變細來節省重量。纜帶的材質問題是阻撓太空電梯發展的最大因素，目前人類已知 的材料硬是沒有一種能達到太空電梯所求的強度／重量比。最有希望的材質是碳奈米管，可是雖然個別碳奈米管能耐的張力已經達到承載太空電梯的標準，但拉
成纜帶後就無法維持這樣的耐力了。不過倒也不必太擔心：碳奈米管已經註定是未來一個極重要的研究方向，因為它的用途實在太多太多了。一但材料科學的研究以及大規模的生產起來，纜帶終究會有解決的方案的。

電梯艙

電梯艙是在纜繩上爬的那個部份。太空電梯畢竟不是傳統電梯，從天上垂一根超長的繩子下來把電梯吊上去是不太可能的 -- 電梯要自已想辦法爬上去。最簡單的方法是在電梯上裝馬達，帶動夾著纜帶的一組輪子轉動，從而取得向上的動力。馬達的電源可以從纜帶上取得，或用裝在電梯艙上的發電機，但這兩種都會增加重量。比較省重量的方法是在電梯艙上裝兩片反光板，然後從地面發射雷射將電梯艙「射」上去 -- 聽起來很科幻，但目前的實驗顯示這其實是個可行的方案，只要鐳射夠大支。

太空站

最後，是在纜繩另一端的太空站。太空站是必須的，因為要抵消纜繩的重量。事實上，意想中的太空站不是放在同步衛星軌道上，而是更高一點點的位置，因為整條纜繩加太空站全體的重心要放在地球同步軌道上才不會發生偏離。太空站的建造會相當麻煩，因為隨著纜繩的加粗，太空站的位置要不斷地調整。但一切順利的話，到最後太空站除了可以當平衡錘之外，還可以當作人類前往其他星球的發射台呢！

美國的太空電梯競賽已經三次以無人達到標準（每秒兩公尺的上升速度）告終，但美國很認真的要繼續推動這個技術的發展。日本則是投入了 73 億美元發展自已的太空電梯技術，希望能在這個領域取得領先。誰先造出第一部太空電梯，幾乎就等同於贏得了殖民外太空的門票，因此可以想像當技術進步到一定程度之後，一定會引發新一波的太空競賽。

只是不知道在小薑的有生之年，有沒有坐太空電梯一覽太空的機會？