太空电梯的关键概念出现在1895年，当时俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基受到了巴黎埃菲尔铁塔的启发，提出建造一座类似的高塔，一直延伸到35786公里的高度，这是地球静止轨道的高度，从这个高度释放的物体将会保持在地球静止轨道上，齐奥尔科夫斯基的概念塔是一个压缩结构，在工程上这是很难实现的，因为没有哪一种材料能够承受住如此巨大的压力。
阿瑟·克拉克，与艾萨克·阿西莫夫和罗伯特·海因莱因并称为“世界科幻三巨头”，在其著作《2001太空漫游》系列之三《3001太空漫游》，《天堂的喷泉》中对太空电梯都有大胆而详尽的描述，这也是阿瑟·克拉克作品的一贯风格。他所描述的太空电梯也是一种压缩式结构。
压缩式结构的太空电梯同样出现在布拉德皮特主演的电影《星际探索》中
1959年，前苏联工程师尤里·阿尔苏塔诺夫提出了一个更可行的建议，使用地球同步卫星作为基地，将其与地球上的一点通过缆绳连接，这便是第一个拉伸式概念的太空电梯，也是目前太空电梯研究的主流。
太空电梯原理很容易理解，如下图，你可以把地球类比为这个运动员，而他准备通过旋转加速扔出去的铅球则相当于高耸入云的太空电梯配重。
虽然类似，但是太空电梯和这个链球运动员还是有区别的，一是地球具有引力，而相比之下，运动员对链球的引力可以忽略不计；二是地球自转速度是恒定的，换句话说，如果它是一名链球运动员，那么它不能随意调整自己的旋转速度以便扔出更好的成绩。
所以太空电梯在设计上必须考虑这两个因素。把这根绳子的另一端放到地球静止轨道之上或之外。
由于地球静止轨道一个平衡点，也就是说，离心力刚好抵消了此处的引力，因此太空电梯构想了一根固定在赤道上并进入太空的缆绳，一端固定在地球表面也称为锚点，另一端连接在地球静止轨道(海拔35786公里)以外的空间，地球自转产生的离心力抵消或大于向下的引力，使缆绳保持绷紧，同时也使电梯的总体质心等于或高于地球静止轨道。
太空电梯的关键材料便是缆绳，经典的爱德华兹太空电梯缆绳需要100GPa的拉伸强度，那么问题来了，即使是高品质的钢材抗拉强度也只有600Mpa，上哪去找这么高强度的缆绳呢？近几年被认为最有潜力的候选材料便是碳纳米管。
碳纳米管是日本物理学家暨化学家饭岛澄男于1993年首次制造出来并将其成果发表于自然杂志的，他也是中国科学院和美国国家科学院外籍院士。
碳纳米管的单层结构为蜂窝状六边形，碳原子以SP2杂化的共价键连接，理论拉伸强度最高可达200Gpa，约为钢材的50-100倍，从理论上来说，确实是太空电梯绳缆的最佳材料。

微观结构上，单层碳纳米管原子可有不同的排列方式，包括锯齿形、手型和扶手椅型，其拉伸强度也不同。
但碳纳米管的高强度主要是微观层面的数据，在宏观上，受制于制备工艺、纯度、涉及纺丝方法的纤维组装结构等原因，其拉伸强度在数值上要打折扣。
2018年，清华大学魏飞教授团队成功制备了米级超长超细碳纳米管管束，其强度达到80 GPa，应该说这是太空电梯走向工程一个重要的推动。随着碳纳米管、石墨烯、金刚石纳米线等材料的研究、发展乃至进入到产业应用阶段，太空电梯的发展迎来了新的曙光。
  经典的布拉德利·c·爱德华兹太空电梯
受NASA先进概念研究院的支持，2000年开始，美国科学家布拉德利·c·爱德华兹提出了太空电梯的一整套解决方案并开始实验验证（后被称为爱德华兹太空电梯），其设计考虑了场景部署、电梯结构、电力输送、锚系统、安全系统、施工成本、进度和环境危害等等，建成后的系统的总负载能力约为每年1000吨。
绳缆
他提出用带状绳缆代替管状绳缆，并采用碳纳米管为基础的复合材料，这样做的好处是不需要很高的技术外推，可以很快的应用于工程（他们认为鉴于当时碳纳米管的制备难度，使用含有碳纳米管的复合材料可能是更好的办法）。
设计目标长度为10万公里(6.2万英里)长的薄如纸的丝带，其后，在2006下一代探索大会上，洛斯阿拉莫斯国家实验室的布莱恩Laubscher将其宽度设计为1米，自重650吨，承载拉力为800吨（理论上有150吨的负载能力）。
其结构考虑了生产工艺、陨石撞击、雷电等安全因素，带状而不是圆形横截面更有可能在微流星体的撞击中幸存下来，同时也为电梯爬升提供了大的表面积，因此可以用简单的滚轮进行攀爬。
如上图，通过在碳纳米管壁外加入长钉，可以增加复合材料的拉伸强度，通过使多壁碳纳米管中加入更多的长钉，能够使复合材料强度接近理论的150 GPa的一半。
上图是其团队委托3M公司制造的一段60厘米长，1厘米宽的碳纳米管复合纤维带
能源传送平台和锚系统
定位于赤道东太平洋，使用类似石油钻探平台的大型海上浮动平台且具有不小于1公里/天的自航能力。

能源传送平台配备激光束指向器，使用直径1米的自适应光学主镜用于聚焦和跟踪，将激光照射到升降机的接收器上。
升降机
在设计上并无特别的要求，自重7吨，负载能力13吨。上面安装有激光接收器，将其转化为电能，为轿厢爬升提供电力（也有配置太阳能板的），这种自主爬升不同于住宅小区的滑轮组电梯。其设计考虑了如何在自主爬升过程中避免对缆绳的损耗。包括增加多组踏轮、设计新的胎面等测试，通过多次测试和迭代，从工程上解决这个问题不是不可能。
配重
配重类似于那个铅球，由于远离地球，引力减小离心力占据主导地位，配重将使绳索被拉紧，随着配重规模的不断扩大，又会进一步发展为太空港，在这里，客户可以根据自己的意愿，将有效载荷装载并释放他们，升空飞行器可以以此为中转站，各类实验平台可建于其上，太空港也将成人类进一步探索深空的门户。
 进入太空电梯殖民时代
太空电梯模式可以拓展到火星、月球上，因为其低重力的原因，对缆绳的强度要求相较于地球更低，由于星体的自转速度不一样，所需要的缆绳长度也不一样，同时太空电梯模式可进一步拓展至所有具有自转特性的行星上。
LiftPort集团是一家私营的华盛顿州公司。它于2003年4月由Michael J. Laine创立，也是专注于用碳纳米管建造太空电梯的公司。其月球电梯的构想是整装从地球发射，然后从太空向月球发射锚系统、升降机并完成后续部署。
从地球出发

从月球静止轨道之外释放锚系统
锚系统着陆月球表面并自固定
拥有多组踏轮的升降机到达月球表面并展开
火星电梯具有类似的结构和组件
      星城
多部太空电梯运作使得电梯顶端的配重扩展为太空港并最终连接在一起，就构成了巨大的环绕地球运行的空间地球环。阿瑟克拉克在其极负盛名的“太空漫游”四部曲的终部《3001：太空漫游》中将其描绘为“星城”，并对这一场景展开了大胆而详细的描绘。
他正由一个圆筒状高塔表层往下看着遥远中海。塔壁平缓弧度显示其直径长达数公里。但比起塔高度，那还算不上什么：塔身往下逐渐变小，一路往下、往下、再往下，最后消失在非洲某处云雾中。他猜想，应该是一路直达面。　　“我们在多高方？”他悄声问。　　“2000公里。不过你往上看看。”　　这次他没吓得那么厉害，他已有心理准备。塔身逐渐变细，直到变成一丝闪烁细线，衬着黑漆漆太空。毫无疑问，塔是一路向上，一直到球同步轨道，即赤道上方3.6万公里高空。在普尔时代，这样幻想已经很普遍，但他做梦也没想到，自己能看到真实景像——而且还住在里边。
他指着远处由东方平线直上天际细线。　　“那一定是另外一座塔。”　　“是，那是亚洲塔。在他们看来，我们一定也像那样。”　　“一共有几座塔？”　　“只有四座，等距分布在赤道上。非洲塔、亚洲塔、美洲塔和太平洋塔。最后一座几乎是空，才盖完几百层而已。除海水之外什么都没得看……”
      地月电梯
因为月亮独特的自转与公转特性，使得月球总是固定一面朝向地球，哥伦比亚大学天文部的艾米丽·桑福德作为第二作者同剑桥大学天文研究所的zephyr penoyre共同构想了一种连接地球和月亮太空电梯。
    离我们究竟还有多远
根据有关数据，太空电梯建成后可节约入轨成本99%，并从根本上改变人类从不同行星进入太空的方式甚至人类文明的进程。
由于是低速进入太空，太空电梯将允许发射大型脆弱结构，目标载荷将不需要整流罩，如结构奇特的大型卫星、飞船、商业设施以及各类用于深空探索的有效载荷。
太空电梯将能够使人类进入平民化太空时代和太空电梯多行星殖民时代，一座座星城在月球、火星、木卫二、土卫六轨道上建立，那将是怎样的美景！
但太空电梯走进现实，开始实际的工程建设还将面临一系列的困难，首先是其建造成本并不低，爱德华兹太空电梯预计建设成本为100亿美元。
其次电梯的运行也会面临一系列的风险，感应电流、大气环境、感应震荡、 空间飞行器、微型碎片和陨石、闪电，宇宙辐射等等一系列危险因素都需要考虑并在建设之前解决。
而最后，如同本文一开始所说的，高强度低质量的缆绳是最亟待解决的问题，也是太空电梯设计方案中唯一无法在现阶段商业化生产的部件，是整个系统的发展瓶颈。
但再多的困难终将被克服，人类探索发展的脚步从未停止。目前，大量的科学家和实验室对太空电梯的构建及技术细节进行着不间断的研究，我们相信，在未来，火箭或者宇宙飞船绝不可能是人类脱离地球引力和行星引力走向深空的唯一途径，让我们拭目以待！
参考文献：
1、The Space Elevator and Its Promise for Next Generation Exploration Bryan Laubscher Black Line Ascension / Los Alamos National Laboratory August 17, 2006 Next Generation Exploration Conference NASA Ames Research Center；
2、The Space Elevator NIAC Phase II Final Report March 1, 2003 Bradley C. Edwards, Ph.D. Eureka Scientific；
3、The Lunar Space Elevator、Nanotube Strength, Bad News for Space Elevators、What If We Built an Elevator to Space 等视频资料；
4、Liftport group.官网资料
5、维基百科、百度
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