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征服太阳系的关键就在布拉德·爱德华兹办公桌上的一个黑色塑料公文包里。他毫不犹豫地打开公文包，展示出它：一块约一英尺长、半英寸宽的黑色飘带，绷在一根钢架上。

嗯？没有发光的无限能量球，也没有反重力盘，只是一块带有黑色纤维的胶带。“这是从一个五公里长的线轴上取下来的，”爱德华兹用食指敲了敲它说，“这项技术发展得很快。”

这条飘带是由碳纳米管复合材料制成的。爱德华兹说，最快在15年内，一种三英尺宽、比你正在阅读的纸张还要薄的版本可以固定在厄瓜多尔海岸1200英里外的一个平台上，向上延伸62000英里进入深空，由地球自转产生的向心力使其保持绷紧。将人员和货物火箭送入太空的昂贵而危险的业务将变得过时，因为电梯将沿着飘带攀升，将乘客提升到他们想要的任何高度：低空，用于太空旅游；地球同步轨道，用于通信卫星；或高空，地球自转将有助于将航天器甩向月球、火星或更远的地方。爱德华兹认为，太空电梯可以将有效载荷成本降低到每磅100美元，而航天飞机则为10000美元。建造它的成本将低至60亿美元——不到波士顿“大挖掘”高速公路项目花费的一半。

科幻小说作家，从亚瑟·C·克拉克1979年的小说《天堂之泉》开始，以及少数工程师多年来一直在讨论建造太空电梯的奇妙想法。但爱德华兹的提案——一项由NASA先进概念研究所资助的为期两年、耗资50万美元的研究——让熟悉它的人感到出奇地实用。“布拉德真的把这些碎片拼凑起来了，”该研究所的副主任帕特里夏·罗素说，“每个人都被它迷住了。他把它带入了现实的领域。”

“这是我目前看到的最详细的提案。我对其简洁性感到非常高兴。”NASA马歇尔空间飞行中心先进项目办公室的技术经理大卫·史密瑟曼说，“我们很多人都觉得它值得追求。”

然而，从推测性的太空提案到纷乱的现实世界，其间存在着许多障碍。以航天飞机为例，最初预计每次发射成本为550万美元；实际成本是其70多倍。国际空间站的成本最终可能是其最初80亿美元估算的10倍。尽管NASA认真对待太空电梯，但这个想法在官方上只是众多争夺有限资金的先进概念之一，并且在布什总统1月14日阐述2020年重返月球计划以及随后的载人火星任务的讲话中，它明显缺席。

因此，美国似乎在短期内并没有疯狂地急于建造通往天堂的电梯。另一方面，正如爱德华兹清楚表明的那样，美国承担不起数十年来对他的提议犹豫不决的代价。“第一个建造太空电梯的实体将拥有太空，”他说。在听爱德华兹解释为何会如此几个小时后，人们会相信他很可能是对的。

这位世界顶尖的太空电梯设计师的办公室位于西弗吉尼亚州费尔蒙特市中心略显破败的福克斯典当行对面。这个拥有19000人口的小矿业社区——因1990年《清洁空气法案》而遭受重创，该法案使得当地含硫煤炭难以销售——正致力于成为一个高科技中心，这得益于众议院拨款委员会资深成员、国会议员艾伦·莫洛汉的大量资金支持。爱德华兹是科学研究所的研究主任，这是一家拥有四年历史的技术开发公司，总部设在这里一栋崭新、凉爽、相当简朴的办公楼里。太空电梯是该研究所议程上十几个项目中最重要的一个。

爱德华兹并非第一个构思从地球赤道升起，像大卫的投石索一样将有效载荷抛入太空的宏伟结构的人。这项荣誉可能属于俄罗斯太空梦想家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基，他在1895年设想了一座高耸入云的塔，当电梯乘客到达22000英里时，引力“将完全消失，然后它会再次被探测到……但方向会颠倒，因此人会头朝向地球。”整个20世纪，类似的构想层出不穷，伴随着奇特的名称：天钩、天堂之梯、魔豆、轨道塔，甚至是宇宙缆车。但所有严肃的研究都得出结论，电梯的轨道无法建造，因为没有已知的材料足够坚固，能够支撑自身，更不用说在如此巨大的跨度上支撑无数运货电梯。

1991年，日本名古屋名城大学的饭岛澄男在研究通过对碳烟尘进行电荷处理而产生的独特原子结构——巴基球时，发现了第一个纳米管——一种强度极高、直径不到两纳米、长度各异的圆柱形碳原子结构。如果这些纳米管能以不损失强度的方式连接起来，一根细如缝纫线的纳米管就能吊起一辆大型汽车。

在20世纪90年代，一些科学家推测太空电梯的缆绳可以用纳米管制成，但“那只是一个顺带提及的想法，”爱德华兹说。直到1998年的一天，爱德华兹偶然读到一篇采访——他记不起那位科学家的名字了——那位科学家宣称太空电梯将在“300年到永远”之间完成。

“然而他没有给出任何理由说明为什么不能做到，”爱德华兹说，“那让我开始行动了。”爱德华兹在洛斯阿拉莫斯国家实验室工作的11年里，是一位航天工程神童，他领导开发了世界上第一个光学低温冷却器，这是一种突破性的设备，无需移动部件就能达到超低温（“它打破了热力学三定律中的两条，如果不是全部三条的话，”他说），并设计了登月和木卫二任务。他充满激情和活力，过去喜欢玩滑翔翼作为消遣，并想成为一名宇航员。NASA因为他患有哮喘而拒绝了他。“我不胆怯。我的感觉是，你可以做一份朝九晚五的工作，或者你可以承担一些更大的事情。29岁时，我设计了一个月球任务，绘制所有元素并寻找水。这似乎是一个自然的进展。”

1999年，爱德华兹在《宇航学报》上发表了一篇关于太空电梯的论文，随后花了两年时间为NASA撰写了一份详细的计划。该计划要求使用一个在近地轨道组装的部署助推器，将两个5到10英寸宽的先导飘带轴筒带入地球同步轨道，即赤道上方22000英里处。当轴筒同时上升到太空62000英里时，飘带将向下向地球展开，始终保持飘带的质量中心在地球同步点附近。飘带的下端将锚定在太平洋上一个类似于海上石油钻井平台的平台上。从那里，一个名为攀登器的无人装置，配备牵引履带，将通过聚焦在太阳能电池上的激光驱动，向上“拉动”飘带。

快速车厢内

航天飞机是一种震耳欲聋、颠簸不已的旅程，首先是八分钟的惯性力，最高可达3G（是宇航员自身体重的三倍），紧接着是几乎瞬间、令人反胃的失重状态。

相比之下，太空电梯将提供从地球到太空的优雅通道。

前五英里对航空旅客来说会很熟悉，但在七英里处，地球的曲率会变得明显，到30英里时，天空会变黑，星星会变得可见，即使在白天，在攀登器的阴影侧也能看到。窗户需要厚实并进行涂层以进行压力密封和辐射防护，但以游客为导向的攀登器无疑会配备高分辨率电视屏幕，提供全景视图。

在100英里处，地球将清晰地呈现为一个部分球体。到215英里处，重力将明显下降10%；到456英里处，它将下降20%。而在大约1642英里处——大约是旅程的13小时——它将下降50%。“我们无法在实际建造飘带之前对其进行测试，但在为期多天的旅程中重力缓慢下降，可能有助于显著减少到达地球同步轨道站时受零重力不利影响的人数，”布拉德·爱德华兹说。

在22,000英里高的地球同步轨道停靠点，地球看起来就像伸出手臂拿着一个棒球那么大。附近漂浮的一个永久空间站可以提供各种旅游景点，例如狂野的零重力版球棒运动，甚至可以像鸟一样，在手臂上绑上翅膀，在广阔的开放空间中飞翔。

爱德华兹说，总有一天，整条飘带可能会专门用于旅游业，并在8700英里处永久设置一家酒店，那里的重力是地球的十分之一，以提供舒适感。他说，到那时，建造一条飘带只需20亿美元，按今天的美元计算，每次旅行的价格约为6000美元。

—B. L.

随后将有229个攀登器跟进，增加更多的纳米纤维复合材料，直到两年后，飘带的宽度达到大约三英尺。所有230个攀登器将聚集在部署助推器下方，作为永久的配重。完成的飘带和配重可以支持稳定的攀登器流，每个攀登器能够以每小时125英里的速度吊起13吨货物和/或人员，并在七天内到达地球同步轨道。在早期阶段，上升的攀登器可以进入停泊轨道。随着更多飘带的建造和运营成本的下降，攀登器可以被聚集并带回地面。

数条飘带全面运行将为人类打开通往天国的大门，包括：可将电力回传地球的太阳能卫星、大规模零重力制造、太空旅游、更好的全球环境监测、轨道观测站、清除地球轨道上的人造碎片、小行星采矿，以及载有数百人的火星殖民飞船。“太空电梯可能成为我们历史上一个催化性的进步，”爱德华兹在他2002年与埃里克·韦斯特林合著的《太空电梯：一种革命性的地空运输系统》一书中写道。

这个计划正在慢慢吸引一群粉丝。自去年加入科学研究所以来，爱德华兹把大量时间花在世界各地飞行，在长达五个小时的演讲中向科学团体阐述蓝图。“我去像天体物理中心这样的地方，房间里挤满了人，因为人们一直在说，‘我们去奚落一下这个家伙关于太空电梯的说法吧，’”他笑着说，“他们对我说，‘你没有考虑到这个。你忘记了那个，’我说，‘是的，我们已经涵盖了，’然后我展示给他们看。最后，他们走过来，递给我名片，问他们是否能帮忙。”

爱德华兹需要一切可能的帮助。第一步——制作飘带——仍然让一些人觉得太困难。“我被笑声因子淹没了，”肯塔基大学应用能源研究中心碳材料副主任罗德尼·安德鲁斯回忆起两年前与爱德华兹的谈话时说。这位物理学家曾打电话给安德鲁斯，询问他在实验室里制造的纳米管。“我把布拉德逼疯了，因为他希望我说我们可以做到这一点。我要说的是，这是一个有趣的项目，目前还没有什么能说你不能做到。”

安德鲁斯的怀疑并非源于对纳米管本身的疑问——它们对于太空电梯来说强度绰绰有余——而是源于将它们高浓度嵌入聚丙烯等材料中的难度。爱德华兹公文包里的小样本来自安德鲁斯的实验室。它只有1%的纳米管；其余是聚合物基体。太空电梯飘带上的应力要求它必须包含50%的纳米管。安德鲁斯说，要达到这一点，纳米管与基体之间的结合必须得到改善。“问题是，我们能否制造出一个纳米管与基体发生化学键合的系统？”对此，他只能说：“很多人正在为此努力。”

假设这个大问题解决了，许多稍微小一点的问题还在等着。爱德华兹说：“人们最常提及的问题是碎片。”自20世纪50年代末太空时代黎明以来，近地轨道已成为一个垃圾场，大约有11万块半英寸或更大的旧航天器碎片，以高达每小时3万英里的速度飞驰。移动速度比大功率步枪子弹快20倍的碎片甚至会损坏太空电梯的超强纤维。爱德华兹的回答是：使飘带的基座可移动，以便它能够躲避NASA追踪的最大碎片（每六天需要移动30到60英尺）；在近地轨道上加宽飘带，那里碎片最多；并定期修补小裂缝。

其他担忧包括激光驱动攀登器的可行性。在爱德华兹的设想中，地面固态激光器将光束投射到攀登器底部的光伏电池上。爱德华兹说，每个20吨的攀登器需要2.4兆瓦的电力，大约相当于650个美国家庭的用电量。利用现有技术能否传输如此大的功率？至少有一位专家持乐观态度。“是的，绝对可以，”喷气推进实验室先进概念与技术创新经理内维尔·马兹威尔说。他指出，里根时代基于太空的国防投资导致了激光技术的巨大进步，“在过去20年里，这项技术取得了质的飞跃。”他说，地面测试表明，可以传输“太空电梯所需电力的五倍”的电力。

爱德华兹一个接一个地驳斥反对意见。上层大气中原子氧的腐蚀可以通过在危险区域涂上一层几微米厚的金或铂来阻止。飓风可以通过在前五英里内将飘带的正面做得更窄（并增加其厚度）来规避。恐怖分子是一个担忧，但赤道太平洋的锚定站将是偏远的，他说“没有办法悄悄接近它”。“它将像任何其他有价值的财产一样受到保护，在这种情况下，可能由美国军方保护。”

如果这东西断裂并坠落怎么办？爱德华兹说，大部分会留在太空中或在地球大气层中燃烧殆尽，他补充说，因为飘带每英里只重26磅，任何坠落到地球的碎片都会“具有与一张展开的报纸页面坠落时大致相同的终端速度”。它真的只需要60亿美元吗？“技术成本是60亿美元，”他说，“这与总项目成本不同。当你考虑到政治问题时，它很容易翻倍，甚至三倍或四倍。”尽管如此，与最近对火星火箭任务的估算（高达1万亿美元）相比，即使是240亿美元的太空电梯也显得便宜。

如果电梯成功运行，那将意味着人类命运的一场革命。人类数千年来一直生活在重力井的底部；太空电梯将是一条悬挂在井中的绳索。许多人会攀爬出去。有些人，最终将达到数千甚至数百万人，将永远不再回来。

在爱德华兹的构想中，建成的太空电梯所承担的第一个项目应该是建造更多的电梯。他估计，建造第一个电梯需要六年时间，耗资60亿美元，而第二个电梯的成本可能低至20亿美元，只需七个月，因为它可以使用第一个电梯将建筑材料运入太空。每个后续电梯所需的时间和金钱都会减少，有效载荷的尺寸也会大幅增加。爱德华兹的长期计划要求第三和第四个电梯的攀登器，每个能够吊起140吨。

他说，这就是为什么NASA现在需要认真对待的原因：“第一个建造者可以在其他人建造第二个之前建造好几个。现在第一个建造者拥有如此大的运力，他的有效载荷价格降到了零。他可以把其他人挤出市场。这简直是抓住机会。”

爱德华兹强调，美国绝非注定要赢得这场竞赛。第一个建造者甚至可能不是政府。“私人投资者实际上告诉我们，‘如果你能降低风险并证明它可行，那么筹集100亿美元根本不是问题。’”由公共和私人实体组成的国际财团共同出资，可能是确保共同利益的最佳方案。一个拥有六个合作建造的太空电梯，像莲花瓣一样从赤道向外辐射的世界，可以以每磅低至10美元的有效载荷成本，为全球提供几乎普遍的太空通道。

从长远来看，“你不会只希望电梯在地球上。类似的系统也可以在火星或其他行星体上运行，”美国宇航局的大卫·史密瑟曼说。事实上，爱德华兹说，太阳系中任何自转的大型物体都可能成为太空电梯的候选者。

但目前，爱德华兹仍然专注于建造第一个。除了它将带给人类的所有其他福祉之外，电梯还有可能实现爱德华兹亲自遨游太空的梦想。“20年后，我将60岁。我应该仍然足够健康，可以乘坐太空电梯。也许到头来，我唯一能进入太空的方式就是亲自建造通往那里的道路。”

—B. L.

锚定站

一个经过翻新的石油钻井平台，排水量46,000吨，将作为太空电梯的锚定站，也是推动攀登器的激光平台。海上锚定站的一个关键优势是移动性；整个站点可以每隔几天移动一次，以使飘带避开大块的太空垃圾。爱德华兹的计划要求将站点设在厄瓜多尔海岸附近，那里具有相对无雷电区且对美国而言相当便利的优势。

纳米管飘带

碳纳米管于1991年被发现，现已在全球许多实验室合成，其拉伸强度是钢的100倍，而重量仅为钢的五分之一。太空电梯的飘带将由数千根20微米直径的碳纳米管复合基体纤维组成。这些纤维将以大约三英尺的间隔用聚酯胶带交叉连接。

攀登器

攀升载具的尺寸、配置和动力将因功能而异。所有攀升载具都将通过类似拖拉机的履带攀爬，履带像老式洗衣机的绞干器一样夹住飘带。电机动力将来自攀登器底部的光伏电池，这些电池由锚定站发射的激光束提供能量。至少还有两台额外的激光器将位于其他地方，以防云层阻挡锚定站的光束。