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太空电梯可能是人类冲出地球，走向宇宙的最关键工具；而太空电梯的关键又是承载电梯的缆绳——必须具备远超现有任何材料的强度，目前唯一的候选是碳纳米管。清华大学的研究团队近日宣布，继2013年开发出创记录的50厘米长碳纳米管后，目前他们已将这一世界记录提高到了70厘米，下一步将开始大规模生产，用于军事和太空领域。清华大学已为此申请了专利，并将部分研究成果发表在《自然纳米技术》期刊上。 1厘米粗可吊起160头大象根据美国宇航局的说法，要建造太空电梯，缆绳必须达到70亿帕的抗拉强度。2005年他们曾发起一项全球竞赛来开发这种材料，奖金是200万美元，不过这些奖金最后还是节约归己了——根本没有人申请领奖。 碳纳米管的抗拉伸强度是已知材料中最高的，理论上可达3000亿帕。清华大学化学工程系教授魏飞领导的这项研究一直领先全球其它团队，目前已研发出厘米级碳纳米管束，抗拉伸强度已达800亿帕，这种材料1立方厘米仅1.6克，却能吊起800吨的重量而不断裂，相当于160头大象用一根指头粗的绳子就能吊起来了。而且这种碳纳米管管束根数增加，强度也可得到保持，可以说已经取得了革命性的突破。 太空电梯的路仍然漫长清华大学的研究成果让我们离太空电梯梦想的实现又近了一小步，但仍然还有很长的路要走。 比如，碳纳米管必须以电缆形式粘合在一起，中间不能有缺陷，否则就会大大影响整体强度，而要实现这种生产非常困难；另外还必须将它从轨道上安全有效地放到地面，因为进入大气层时会产生大量热量，很可能将它烧毁，中俄科学家正对此进行研究；在轨道上平衡缆绳的配重也非常大，几乎需要一颗小行星的重量，这也是非常困难的；还有电梯及缆绳必须进行小心细致地维护和防护，避免被太空碎片击中而损坏，否则坍塌到地球上肯定会是一场巨大的灾难。 可能改变全球游戏规则如此强大而超前的材料当然不止这一种功能，事实上碳纳米管在其它领域，包括运动装备、航空航天及军事领域等都有广泛的应用，甚至可能改变整个世界的游戏规则。 比如碳纳米管用作太空缆绳可以捕获敌方的卫星，也可用于轨道炮和激光炮等新式武器的高性能储能和供应系统——这种系统又称机械电池，可以在真空室中通过磁悬浮将能量储存在超高速旋转的飞轮中。材料越轻越结实则旋转越快，储能越多，使用碳纳米管飞轮，机械电池的能量密度将是锂电池的40倍，这意味着特斯拉S型轿车充一次电可行驶16000公里，差不多要环绕半个地球了，这几乎将宣布化石燃料发动机的死刑。 太空电梯实际已进入人类的议事日程了，日本上个月在太空首次进行了微型太空电梯实验，目前实验结果还没有出来；中国也在太空进行过系留实验，但实验结果保密，未予公布。 随着碳纳米管技术的突破，太空电梯会成为现实吗？我想恐怕只有科技水平能达到捕获一颗小行星，并将它移动到地球静止轨道上，在上面生产碳纳米管缆绳的时候，这个梦想才有实现的可能吧。 |
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