太空電梯——殖民太陽系的橋樑

20世紀60年代，人類已經能夠不止一次的登陸月球，並將月球的土壤帶回地球。可是這樣的探索，付出的代價是巨大的，對於人類來說也是不可持續的。

主要是以目前人類的科技來說，地球引力是阻礙人類探索宇宙的最大的障礙，不考慮登陸太陽系的其他星球，也不考慮脫離地球軌道。就算是把一定重量的貨物運送到地球的近地軌道上去，克服地球引力所消耗的燃料也是十分巨大的。目前世界最大最強的運載火箭，將105噸的貨物運送到近地軌道上，整個火箭的總質量達到了4747噸。這種能效比，註定了不可能持續的進行，不然，再富裕的國家也承擔不起。

反重力引擎可能是脫離星球引力最有效的設備，可惜這種裝置還只存在於設想當中，人類連引力是如何產生的都還沒搞清楚，又怎麼可能製造出反重力引擎。至少在未來的幾百年內人類都很難在這方面取得實質性的突破。那麼，人類要實現對太陽系、對太空的大規模探索，最有效的方式就是建立起超巨型的地球同步軌道空間站、可以生產組裝太空飛船的超級空間工廠。但是，建設超級空間工廠所需要的材料、設備肯定是巨大的，如果只靠運載火箭一次次的運送，效率顯然太低、成本太高；而且就算建立起了超級空間工廠，後期生產太空飛船所需要的物料更是不可估量的。因此，可以往返運輸、高效、低成本的太空電梯，將是目前人類脫離地球引力，大規模建設空間設備的最有效的手段。

太空電梯的主體是一個永久性連接軌道空間站和地球表面的纜繩，可以用來將人和貨物從地面運送到太空站。太空電梯還能用做一個發射系統，因為太空電梯必然被地球帶動旋轉，而越高的地方速度越快，所以將飛船從地面運送到大氣層外足夠高的地方，只要一點加速度就可以起航了。或者用太空電梯把飛船的所有零部件帶上空間工廠，在那裡進行組裝。飛船所需要的燃料也可以通過太空電梯源源不斷的運送上去。隨著人類科技的發展，建造可以深空探索的超級飛船也是完全沒有問題的。永久性的月球基地、火星基地建造所需要的物料都可以通過太空電梯高效運往太空，再通過宇宙貨運飛船運送至月球、火星。甚至在月球、在火星都可以建立與之類似的太空電梯。

太空電梯的結構應該是這樣的：

首先，基座在赤道上，這樣從地球同步軌道上垂下來的距離最短。基座有固定式和漂移式兩種選擇，固定式的比較容易完善周邊的硬件設施（發電器材、指揮所、太空港）；漂浮式的，無論是海上的大型平臺甚或是平流層中的大型飛行平臺，可以借移動來躲避不良氣候或太空雜物。

其次是連接纜繩，稱之為(纜帶)可能更合適，設計一條扁長，像錄音帶那樣的帶子做為主纜繩。纜帶不是從頭到尾一樣粗的，據計算在地球同步軌道處纜帶所承受的拉力最強，因此這地方會最粗，然後向兩邊變細來節省重量。纜帶的材質是阻撓太空電梯發展的最大因素，人類已知的材料目前沒有一種能達到太空電梯所求的強度/重量比。最有希望的材質是碳納米管，雖然個別碳納米管的張力已經達到承載太空電梯的標準，但拉成纜帶後就很難持續維持這樣的耐力。不過倒也不必太擔心：碳納米管已經是未來一個極重要的研究方向，因為它的用途實在太多太多了。一但材料科學的研究取得突破，大規模的生產起來，纜帶強度的問題終究會得到解決。

然後，電梯艙是在纜繩上爬的那個部份。太空電梯畢竟不是傳統電梯，從天上垂一根超長的繩子下來把電梯吊上去是不太可能的，電梯要自已想辦法爬上去。最簡單的方法是在電梯上裝馬達，帶動夾著纜帶的一組輪子轉動，從而取得向上的動力。馬達的電源可以從纜帶上取得，或用裝在電梯艙上的發電機，但這兩種都會增加重量。比較省重量的方法是在電梯艙上裝兩片反光板，然後從地面發射激光將電梯艙“射”上去 。這聽起來很科幻，但實驗表明，這是個可行的方案，只要激光能量夠大。

最後，是在纜繩另一端的太空站。因為要抵消纜繩的重量。事實上，意想中的太空站不是放在同步衛星軌道上，而是更高一點點的位置，因為整條纜繩加太空站全體的重心要放在地球同步軌道上才不會發生偏離。太空站的建造會相當麻煩，因為隨著纜繩的加粗，太空站的位置要不斷地調整。但一切順利的話，到最後太空站既可以當平衡錘，也同樣是人類前往其它星球的發射臺。

美國的太空電梯競賽已經三次以無人達到標準（每秒兩公尺的上升速度）告終，但美國很認真的要繼續推動這個技術的發展。日本則是投入了73億美元發展自已的太空電梯技術，希望能在這個領域取得領先。誰先造出第一部太空電梯，幾乎就等同於贏得了殖民外層空間的門票，因此可以想象當技術進步到一定程度之後，一定會引發新一波的太空競賽。