纳米材料|“太空电梯”能实现？在月球拉一条32万公里长的电缆，只需10亿美元！生物降解

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当你抬头望月时，你看到了什么？陨石坑？还是广寒宫？有些人会看到那里有一座座“金山银山” 。因为在这个被称为“地球第八大洲”的天然卫星上，充满了难以忽视的资源——一种地球上极其稀少、月球上却十分丰富的氦-3 。科学家估算， 1吨氦-3释出的能量，相当于燃烧1500万吨石油，意味只需100吨氦-3 ，就足够全球使用一年。
但是我们如何在不把所有时间精力和金钱都花在火箭上的情况下把它们弄回地球呢？哥伦比亚大学和剑桥大学的研究团队曾发表一项研究提出一种新的太空电梯设计，命名为“太空线”（Spaceline）——长达32万公里的电缆，成本仅10亿美元，而且只需运营53趟就可以收回成本。
太空电梯的前世今生！
太空电梯的概念其实并不新鲜，早在1895年就已经出现了。航天之父、俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（Konstantin Tsiolkovsky）从埃菲尔铁塔得到灵感，构思在地球同步轨道上建造一个“城堡”连接地球上的埃菲尔铁塔。到了1960年，尤里·阿特苏塔诺夫（Yuri Artsutanov）有了更详细的设想，认为太空电梯应该要从太空船开始由上（太空）往下（地表）修建。
虽然这两位俄罗斯科学家的设想引发了讨论，但始终没有得到学界的关注和研究。一直到1975年，美国空军科学家将太空电梯概念纳入报告，这才引发学界对其材料的讨论和大众的科幻想象。
后来在1978年，英国的小说家阿瑟．克拉克（Arthur C. Clarke）的科幻小说《天堂的喷泉》中描述了最接近现实的太空电梯：在斯里兰卡某处的高山上用纳米碳管打造了一个延伸至3万6000公里的高空的太空电梯。此后，太空电梯广泛存在各类科幻作品中，包括《三体》。
至于为什么太空电梯的高度一定要在3万6000公里呢？答案很简单：要想太空电梯保持静止稳定，一定要在地球静止轨道上，即太空电梯的质心要离地35786公里。
长达32万公里的“太空线”！
相比上面所说的‘经典版’太空电梯，剑桥大学天体物理学家赛佛·潘诺莱（Zephyr Penoyre）和哥伦比亚大学天文学博士艾米莉·桑德福德（Emily Sandford）脑洞大开：太空电梯为什么一定要在地球上建，在月球上建也可以呀。
在他们的研究中，设计了一种新的太空电梯——“太空线”（Spaceline）。这是一条长达32万公里的电缆，一端将固定在月球表面，另一端像铅锤一样沉入地球周围的地球静止轨道（由于月球的相对运动，它不能直接附着在地球上，但它可以在地球轨道的高处静止）。
根据团队的计算，最简单版的Spaceline 线缆可能或不会超过40吨（88000磅），这个重量完全在NASA和SpaceX火箭的有效载荷范围。而且与从地球表面进入太空的太空电梯不同，太空线不需要与地球巨大的引力作斗争。只要航天器从地球飞到悬挂电缆的末端，便可使用太阳能驱动车顺着电缆到达月球。
还有月球也没有大气层，这意味着电缆可以由现有材料制成（过去研究认为建造太空电梯必须使用碳纳米管），例如凯夫拉尔（Kevlar）——世界上最坚固的材料之一，等重强度是钢材的五倍，且极高的拉伸强度重量比。
【纳米材料|“太空电梯”能实现？在月球拉一条32万公里长的电缆，只需10亿美元！】和NASA的Artemis登月计划的860亿美元，整个“太空线”项目可能耗资数十亿美元。另外美国航空太空研究所发表的一篇论文估计， “太空线”只需 53 趟就可以收回成本。
太空电梯的现实可行性到底有多高？
其实太空电梯的想法已经存在了一个多世纪，但一直没有太大进展。除了NASA（似乎也没怎么花钱研究），还有日本公司“大林组”计划在 2050 年之前建成第一座太空电梯，据说目标是一次把30个人送上地球同步轨道。那么太空电梯所需的科技离我们现实究竟有多远呢？
事实上，就目前人类所能制造的材料来说，从地球上出发的太空电梯都不切实际，因为太空电梯移动的过程中，缆线会被地球的引力和旋转速度扯断。研究表明，只有碳纳米管才能承担太空电梯的建筑材料。但以当前的材料技术水平，只在实验室能制出长度在分米量级的碳纳米管，距离实际应用还很遥远，更不用说制造一条长达3万6000公里的碳纳米管了。