通往太空城的“天梯”( 二 )


通往太空城的“天梯”
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但一切并不会就此停住 , 电梯的末端是可以“弹射”的 , 可以用它把自己弹射到另一个星球 , 这就像用绳子甩出石头一样 , 如果松开绳子 , 石头就会飞出去 。同理 , 太空电梯也是这样 。在这种情况下 , 太空探索者的目的地可以是月球 , 也可以是火星 , 甚至是木星 。材料科学的突破
建造太空电梯最大的挑战可能是用什么作为10万千米长缎带的材料 , 它必须非常结实才能承受得住强大的重力和离心力 。钢铁已无能为力了 。于是 , 科学家们将目光投向了碳纳米管 。美国阿拉巴马州奥本大学的化学工程师弗吉尼亚·戴维斯说:“碳纳米管是现今我们已知的最结实的材料之一 。”这位科学家的研究重点是碳纳米管和石墨烯 。石墨烯是另一种碳材料 , 和碳纳米管一样 , 都是纳米级材料 , 其薄片的厚度可达人类头发直径的千分之一 。
碳纳米管的结构类似于一个卷成管状的链式围栏 , 由于其组成不是金属丝 , 而是碳原子 , 所以碳纳米管和石墨烯比大多数其他材料都结实得多 , 而且非常轻 。戴维斯已经可以用碳纳米管制造纤维、缆绳和缎带了 。但迄今为止 , 还没有人能够用碳纳米管或石墨烯制造出长达数万千米的材料 。
爱德华兹估计 , 通往太空的缎带强度需达到63吉帕 。这个数字非常惊人 , 比钢铁的强度高出了数千倍 , 比一些已知的最坚硬的材料 , 如用于防弹背心的凯夫拉纤维还高几十倍 。虽然从理论上说 , 碳纳米管可以达到的强度远远超过63吉帕 , 但现实是直到2018年 , 研究人员才制造出一束超过63吉帕的碳纳米管 。离目标越来越近
然而 , 一条缎带的强度不仅取决于材料本身 , 还取决于它的组成方式 。戴维斯说 , 碳纳米管亦有缺陷 , 其中缺失的原子不仅影响它的整体强度 , 还会影响缎带中使用的其他材料 。
另外 , 即便材料问题解决了 , 电梯还得承受从雷击到太空垃圾碰撞等的各种威胁 。这表明 , 太空电梯要变成现实还有很多问题需要解决 。但在今天 , 由于材料科学和其他相关技术的迅猛发展 , 人们离实现这个目标已越来越近 。
“毫无疑问 , 实现它还有很长的路要走 , ”戴维斯说 , “但很多过去我们认为是科幻的东西 , 今天都实现了 。其实所谓科幻 , 往往就是一种想法开始变成现实的那个起点 。”
来源:北京邮电大学出版