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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。
太空电梯的原理是这样的：将一根极长的缆绳，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，再在更远处设置配重。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。
早在1895年，就有科学家提出建造直达太空的“天梯”，但至今仍停留在想象阶段。问题的关键，在于找到足够强韧的缆绳材料。
太空电梯缆绳必须同时承受巨大的重力和离心力作用，对材料的抗拉强度要求极高。有没有既轻又强的“超级材料”呢？1991年，科学家发现了碳纳米管。
碳纳米管是由碳原子按六边形蜂窝状结构排列而成的中空管状材料，直径只有几纳米到几十纳米。它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可超过100吉帕，是优质钢材的数百倍；其杨氏模量（衡量材料刚性的指标）高达1太帕，极难被拉伸变形。更难得的是，其密度仅为钢的1/4左右，单位质量的强度很高。
为了让碳纳米管早日从实验室走向太空，中国科学家一直在探索，努力攻坚材料难题。
首先是突破长度极限。实际制备中，碳纳米管长度通常只有几十微米，且内部存在大量结构缺陷，实际强度远低于理论值。2013年，研究团队通过提高催化剂活性概率，成功制备出单根长度超过半米的碳纳米管，为超长碳纳米管的规模化制备奠定了基础。
研究团队还探索组装“超强”纤维。单根碳纳米管再强，也无法直接用作缆绳，需要把千千万万根碳纳米管“拧”成一股宏观纤维。2018年，科研人员发表论文称，采用气流聚焦法，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，需要“百折不断”。2020年，研究团队在《科学》杂志发表论文，首次通过实验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。实验室目前能制备的超长碳纳米管长度在半米至米级，而太空电梯缆绳需要达到数万公里；太空环境是考验，缆绳需要穿越地球大气层，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。
从实验室到应用的道路漫长而艰辛，但也许在不远的将来，太空电梯将成为人类迈向星辰大海的真正天梯。
（《人民日报》1.24 魏飞）
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