2012年，日本建筑商大林组提出了“太空电梯”计划，引发世人震惊（图1）。“太空电梯”是一种让人搭乘电梯从地球前往太空的梦幻运输工具。计划发布时，大林组设定的目标是2025年开工。如今这一时间节点已迫在眉睫，“太空电梯”的开发进展到了什么程度呢？
图1 搭乘电梯前往太空
“太空电梯”示意图。可以从设在赤道附近的“地球港”乘坐被称为“升降机”的电梯前往太空。据估算，需要1周时间才会到达设在地球静止轨道上的站点（出处：大林组）。
在2024年6月12日～14日举行的东京国际信息技术展览会（Interop Tokyo 2024）现场，大林组进行“太空电梯”开发工作的技术本部未来技术创作部的渕田安浩以“大林组·太空电梯及其前景（大林組・宇宙エレベーターその先に）”为题发表了演讲。就结论而言，虽然大林组一直在认真踏实地开发关键技术，但需要解决的课题仍然堆积如山，目前离开工建设仍有距离。
“太空电梯”是一个巨大结构物，通过电缆连接在海上设置的“地球港”基地和9万6000公里高空之上的最顶端的平衡锤（Counter Weight，用于平衡整个结构的重物）。通过在该电缆上安装电梯（升降机）将人和物资运送到太空。
“太空电梯”的原理并不复杂。在距离地表3万6000公里的地球静止轨道上运行的人造卫星，因其周期与地球自转周期相同，故可以被看作与地球呈相对静止状态。从这颗相对静止的卫星上，一边保持平衡一边向地球方向伸出电缆，在到达地面后，就会形成一条长长的连接地面和太空的电缆。
太空运输的主要问题在于成本高昂。一枚火箭中，燃料占重量的一大半。大林组认为，与依靠发射火箭运输大量物资相比，如果太空电梯能够建成，那么将会成为效率更高、成本更低，而且更安全的太空运输物资方式。
根据高度不同，“太空电梯”上可以建造多种设施。位于地球静止轨道上的最大规模站点“静止轨道站”，由居住单元、实验单元、舱外实验单元等组成（图2）。按照大林组的计划，从地面搭乘以约200公里时速移动的“升降机（Climber）”，经过1周左右时间即可到达静止轨道站。
图2 静止轨道站的整体布局
由工作人员和参观者居住的单元、实验单元、连接单元等组成（摄影：日经XTECH）
在高度约300公里的近地轨道上设有“近地轨道卫星投放门”，从这里可以将从地球运来的人造卫星投放到轨道上。此外，还计划设置“火星重力中心”和“月球重力中心”（重力等同于在火星或月球上）等实验设施。
“太空电梯”的概念早在100多年前就有了。有观点认为“太空电梯”的概念最早由俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基于1895年提出。但由于缺乏制造连接地球和宇宙的超长距离电缆所需的兼具“轻巧”和“强度”的材料，长期以来，“太空电梯”的梦想一直只能停留在空想阶段。
但是，1991年质量轻、强度高的 “碳纳米管（CNT）” 材料被发现，“太空电梯”构想自此具备了可实现性。渕田说，“最高可达150GPa（千兆帕斯卡）的高强度且轻巧的材料的诞生成为实现太空电梯构想的契机”。
日本大林组作为建筑公司，提出了具体的建设方法。首先，在高度300km处组装建造太空电梯用的宇宙飞船，然后令宇宙飞船移动到地球静止轨道上。接着从宇宙飞船上下伸展碳纳米管电缆，用电缆连接宇宙飞船和地面，然后在电缆上安装升降机。升降机在地面和宇宙之间穿梭，在加固电缆的同时，建设静止轨道空间站等设施。大林组的渕田安浩说：“电缆加固总共需要510次，到完成为止共需要大约20年时间”。
碳纳米管的长度还不足1厘米
渕田表示，“只要具备所需技术，就可以开始建设”。该公司现在正在研究作为电缆材料的碳纳米管、开发升降机以及研究风和雷等自然现象对于“太空电梯”的影响。
当然，“太空电梯”实现起来仍面临着巨大的挑战。在演讲中，渕田列出了如电缆材料、升降机的要求、站点的改造技术、站点的运营主体以及资金等挑战。资金方面大约需要1万亿日元左右。此外还需完善相关法律法规。
图3：太空电梯面临的课题
电缆用的碳纳米管、升降机、宇宙空间站的改造技术以及资金等（摄影：日经XTECH）
在技术层面，核心的碳纳米管无疑是“太空电梯”面临的最大挑战。建造“太空电梯”，不是将多根碳纳米管组合以增加强度，而是需要制作长度达到惊人的9万6000公里的、分子与分子之间相连的单根碳纳米管。据会场的讲解员介绍，目前只能制造出长度不到1厘米的碳纳米管。
鉴于目前的情况，还完全未到讨论开工时间的阶段。渕田在演讲中表示，“如果没有各方的协助，这个项目是无法实现的”。这次演讲的主要目的似乎是“建立伙伴关系”。
内田泰 日经XTECH/日经Electronics
资料来源：日经XTECH
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/09420/
