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建造太空踢不再是民科,美科學家預言20年後人類可直達太空 – very geng
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建造太空踢不再是民科,美科學家預言20年後人類可直達太空

建造太空踢不再是民科,美科學家預言20年後人類可直達太空

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人們在探索世界的時候,對天空的着迷從來都沒有停止過。從古代觀星看月,到飛機熱氣球。每一步都向天空更近一點。在科技的進步下,火箭和航空飛機一直到載人航天的出現。每一次技術的進步都給人來前往太空帶來了巨大的希望。…
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然而這美好前景的現狀卻無比悲涼,每一次的探索都伴隨着鉅額的成本。人們渴望着一種廉價優雅的出行到太空的方式,太空電梯是一個非常好的選擇。美國材料科學預測説,20 年後,將會有強度/重量足夠高的複合材料出現,來實現現在的夢想。

太空電梯這個想法已經出現了一個多世紀了,它的基本想法很簡單,就是在赤道位置有一根很長的繩子聯通到太空中,繩子下端固定在地面上,人們可以使用這個繩子作為電梯上下運動的軌道。這樣,就會有一種輕鬆、可循環的一種進入太空的方式了。

這個極具科幻性的項目在實際實時過程中要考慮很多的問題,包括電梯怎麼快速上升?怎麼才能把這樣有強度的材料提升到太空中?但其中最核心的問題是,什麼材料才能做電梯的繩索?

在目前的所有設計中、就算把繩子形狀設計的極為合理,一旦拉長到 10 萬公里長度時,現有的所有纖維,包括鋼絲、芳綸、碳纖維都會被自身的重量拉斷。就算是我們能做出的性能最好的碳納米管也是一樣。

碳納米管大約在 20 年前被發現,碳納米管是單層碳形成的圓筒狀結構。這個碳納米管在微觀狀態下的強度超過了所有的線狀材料,但是其宏觀性質非常尷尬,我們能做出的最長的碳納米管也只有從地面到兒童的膝蓋高度,更不要説要做到 10 萬公里遠的太空了。這種尷尬的處境導致了現在碳納米管主要作為添加劑來加入其他材料之中。

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石墨烯近些年表現出的性質讓科研界虎軀一震。但是作為二維材料的石墨烯嘗試作為繩索還是非常尷尬的。你可以簡單的把石墨烯想象成紙張,它可能強度足夠,但是卻只能彎彎扭扭的在太空中。

碳材料的幾種形態給了人們一些其他的啟示。在陶瓷材料當中,有一種叫氮化硼的物質,這種材料的微觀結構和鑽石很想接近,也就是和碳的結構很接近。由此人們聯想到嘗試氮化硼納米管來做電梯繩索。

除了強度足夠之外,氮化硼還有個很好的特點就是難以置信的化學穩定性。由於高空中的氧活性非常高,普通的材料需要鍍金來保持穩定性。而使用氮化硼材料就可以避免這樣的問題,同時還能處理好外太空中太陽和宇宙輻射。

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來自辛辛那提大學的材料工程師馬克·哈塞(Mark Haase)説:「隨着我們對材料越來越了解,我們現在有真正能實現這個事情的機會。」他預測,最有可能實現的材料是「納米管和聚合物的複合材料」,在 20 年後這個材料將會達到太空電梯所需要的最低的強度。

國際太空電梯協會(ISEC)的董事布萊恩·勞布舍爾(Bryan Laubscher)認為,人們在探索強度足夠的材料上還需要花很多的時間。勞布舍爾在 2010 年辭掉了洛克希德·馬丁公司的工程師職位,去成立了一家開發航空航天高強度材料的公司。他説:「想象一下,全身由碳納米管制成的波音 797,質量只有現在飛機的十分之一,但卻無比堅固。」

然而實際上,ISEC 目前所有的資金都是由私人贊助,在早期的文件中,ISEC 早就看出了政府不支持的態度。美國 NASA 在 2012 年放棄了 200 萬美元組織尋找超輕超強繩索的比賽,即便是最有遠見、最有錢的航天局也無法提供有價值的幫助。

就算到了今天,造出太空電梯似乎仍然遙遙無期,什麼材料的救不了。

圖片來源:Wikipedia、Pixbay

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