太空电梯离我们还有多远
2026年01月24日
科幻作品中，出现过太空电梯的身影——不需要火箭，只要坐上电梯，人们就可以直达太空。
太空电梯的原理：将极长的缆绳，一端固定在赤道地面，另一端连接位于地球同步轨道的空间站。地球自转时，缆绳受向上的离心力与向下的重力共同作用而绷紧，电梯厢便可沿缆绳往返天地间。
这一设想提出已逾百年，一直没找到足够强韧的缆绳材料。
太空电梯对材料的抗拉强度要求极高。1991年，科学家发现了碳纳米管，给太空电梯研究带来了曙光。
碳纳米管由碳原子按六边形蜂窝状结构排列，直径只有几纳米到几十纳米。是人类发现的力学性能最优的材料之一：理论上，单壁碳纳米管的抗拉强度超过100吉帕，是最好钢材的数百倍。更难得的是，其密度仅为钢的1/4左右。
为让碳纳米管早日走向太空，清华大学化学工程系反应工程团队，长期从事相关应用研究。
首先是突破长度极限。2013年制备出单根长度超过半米的碳纳米管。
单根碳纳米管无法直接用作缆绳，要把千千万万根碳纳米管“拧”成一股宏观纤维。2018年，清华大学团队制备出厘米级超长碳纳米管管束，拉伸强度达到80吉帕以上。
太空电梯缆绳需承受反复拉伸，“百折不断”。2020年，研究团队测试了单根碳纳米管的抗疲劳性能，发现碳纳米管可被连续拉伸上亿次而不发生断裂，去掉载荷后仍能保持初始的超高强度。
尽管碳纳米管研究取得了长足进展，但距离真正建造太空电梯仍有相当距离。
规模化制备是挑战，太空电梯缆绳需要达到数万公里；太空环境是考验，缆绳要穿越大气层，要经受风雨雷电，还要在太空中抵御高能宇宙射线和原子氧腐蚀。
除了缆绳，太空电梯还涉及基座建设、电梯厢动力系统等复杂工程问题。
太空电梯还只是停留在科幻电影里，但碳纳米管的发现和研究进展，让这个设想具备了坚实的材料基础。也许在不远的将来，太空电梯将成为人类迈向星辰大海的真正天梯。
2026年01月24日
科幻作品中，出现过太空电梯的身影——不需要火箭，只要坐上电梯，人们就可以直达太空。
太空电梯的原理：将极长的缆绳，一端固定在赤道地面，另一端连接位于地球同步轨道的空间站。地球自转时，缆绳受向上的离心力与向下的重力共同作用而绷紧，电梯厢便可沿缆绳往返天地间。
这一设想提出已逾百年，一直没找到足够强韧的缆绳材料。
太空电梯对材料的抗拉强度要求极高。1991年，科学家发现了碳纳米管，给太空电梯研究带来了曙光。
碳纳米管由碳原子按六边形蜂窝状结构排列，直径只有几纳米到几十纳米。是人类发现的力学性能最优的材料之一：理论上，单壁碳纳米管的抗拉强度超过100吉帕，是最好钢材的数百倍。更难得的是，其密度仅为钢的1/4左右。
为让碳纳米管早日走向太空，清华大学化学工程系反应工程团队，长期从事相关应用研究。
首先是突破长度极限。2013年制备出单根长度超过半米的碳纳米管。
单根碳纳米管无法直接用作缆绳，要把千千万万根碳纳米管“拧”成一股宏观纤维。2018年，清华大学团队制备出厘米级超长碳纳米管管束，拉伸强度达到80吉帕以上。
太空电梯缆绳需承受反复拉伸，“百折不断”。2020年，研究团队测试了单根碳纳米管的抗疲劳性能，发现碳纳米管可被连续拉伸上亿次而不发生断裂，去掉载荷后仍能保持初始的超高强度。
尽管碳纳米管研究取得了长足进展，但距离真正建造太空电梯仍有相当距离。
规模化制备是挑战，太空电梯缆绳需要达到数万公里；太空环境是考验，缆绳要穿越大气层，要经受风雨雷电，还要在太空中抵御高能宇宙射线和原子氧腐蚀。
除了缆绳，太空电梯还涉及基座建设、电梯厢动力系统等复杂工程问题。
太空电梯还只是停留在科幻电影里，但碳纳米管的发现和研究进展，让这个设想具备了坚实的材料基础。也许在不远的将来，太空电梯将成为人类迈向星辰大海的真正天梯。