影片

文字稿

要進入外太空是件很難的事

儘管我們都希望有一個更簡單、便宜的方法

能看見我們生活的星球漂浮在黑色的空間中

目前為止，想做到這件事就只有成為太空人

或是百萬富翁才行

但是有個概念，或許能夠成為探索宇宙的起點

那就是太空電梯

這究竟這是如何辦到的呢?

要了解太空電梯如何帶我們進入外太空

我們必須先了解何謂運行軌道

當運行在軌道上時，代表物體正在朝向某樣東西墜落

但是墜落速度又快得足夠避開那樣東西

如果你在地球上朝空中丟一顆球

那顆球將會在空中劃出一道弧線，然後墜落到地上

在太空中，重力以相同的方式運作

但如果你的橫向速度夠快的話

運行於地球軌道的曲率會使得你遠離地面速度

與被重力拉向地球的速度相等

所以，如果想要進入地球的軌道

火箭得要向上，並同時快速地橫向飛行

相對地，太空電梯則利用地球自轉的能量

使得送上太空的貨物達到能夠運行於軌道的速度

試著想像一個孩子用一條繩子甩動玩具

而手握住繩子那端上有一隻螞蟻

當螞蟻沿著繩子向上爬時

在抵達頂端的過程中，速度將會越來越快

相較於發射火箭將貨物運送至外太空

使用太空電梯，僅需要提供向上的能量即可

運行於軌道的橫向速度

則由地球自轉本身產生的能量免費提供

但是建造一個太空電梯

毫無疑問將會是人類史上建造過

最大而且最貴的單一建築

所以，這一切真的值得嗎?

一切都跟價格有關

火箭就得要燃燒非常大量的燃料

才能將少量的貨物運送上太空

就目前的價格來說

將一公克的貨物送上太空將要花上大約兩萬美元

也就是平均送一個人上太空需要花一百三十萬美元

四千萬美元讓你的車上太空

以及數十億美元讓國際太空站得以到達外太空 (International Space Station)

這樣巨大的花費是目前限制人類飛向太空的一個重大瓶頸

就算科技不斷進步

上太空得花費在短期內還是無法跟現在的航空機票價格比擬

然而太空電梯可以解決這個問題

經過建造之後

太空電梯將使運送成本降低至原本的百分之一，使每公克運送成本只有兩百美金

假設一個低成本的太空電梯造價為200億美金

這樣只需運送一百萬噸就可以回收成本

接近兩個國際太空站的重量

所以太空電梯在現實世界中會長得什麼樣？

太空電梯將有四個主要構造

纜線、基座、平衡物、與升降艙

而太空電梯中的“電梯”部分則主要是由纜線與升降艙組成

一路從地表延伸到太空

升降艙的運作方式就像傳統的電梯一樣，一個可以上升與下降的載體

在地表的部分則是基座，將纜線固定在地上並提供進出電梯艙的出入口

在最上方的平衡物將纜線固定住

纜線就像一條繩索一樣連結在平衡物上

由平衡物所產生得張力來支撐

平衡物位於距離海平面三萬六千公里的高度

這個平衡物可以是一個太空站

並作為與這座太空電梯相關太空任務的發射基地

但我們真的造得出太空電梯嗎？

我們目前還不太確定

目前最大的挑戰是建造纜線

纜線的材質必須要輕巧、造價合理、並比我們目前所有可製造材質還要堅韌

目前有前景的材質包括石墨烯與奈米鑽石線

但這兩者的強度也也有可能不夠

纜線的材質不但要強韌，還必須要可以承受大氣腐蝕、輻射線、與微小隕石和殘骸的撞擊

除此之外，升降艙要到達頂端需要數天

我們要如何提供升降艙所需的能量？

要到達頂端需要很多能量

我們需要一個核反應爐在升降艙上嗎？

還是我們使用強大的雷射將能量從地表輸送上去

並且我們要從哪裡取得建造一條三萬六千公里纜繩的原物料？

我們要從地表建造再將他延伸到太空

還是我們在太空建造再把纜線垂吊下來

小行星採礦會是解決方案嗎？

總而言之，我們還有很多重大技術瓶頸需要突破

並且一座太空電梯並不是沒有災難風險

如果纜線斷裂整座太空電梯將以壯觀的的方式坍塌

假設纜線在接近地表處斷裂，由上方平衡物所造成的張力將會把整座太空電梯向上拉到太空

假設在接近平衡物的地方斷裂，整條纜線將會坍塌並甩向地表

所產生的軌道碎片將會影響到未來太空飛行的安全

如果我們要建造一個太空電梯，我們必須在第一次就要正確的建造

基於這些安全原因，有些專家建議先在月球上建造太空電梯

月球的重力遠低於地球

所以一些比較脆弱但已存在的材質，例如像克維拉（防彈纖維）可以被用來建造纜線

即使有這些困難的挑戰，一座可運作的太空電梯將會帶來巨大的報酬

這也許是我們要成為一個真正星際文明所要邁出的第一步

也許我們永遠建造不出太空電梯，但在試圖建造的過程中會讓我們學到需多新的知識