目前人类空间运输主要依靠火箭。虽然相关技术已足够成熟,但其回收和燃料成本仍然太高。如果使用太空电梯,运输费用会降至每公斤几百美元。另外,如果太空电梯计划能够实现,人类太空旅行的成本也将降低,其中蕴含的巨大市场潜力将得到释放。
近日,西北工业大学材料学院教授赵廷凯团队对半导体性单壁碳纳米管的可控制备进行深入研究,提出一种新的多循环生长工艺,为大规模合成高纯度
提供了新方法。4月15日,相关论文发表于《化学工程杂志》。
碳纳米管听来陌生,然而实际上,你可能早与它打过照面——电影《流浪地球2》里的太空电梯、《三体》中提到的纳米飞刃都与它有关。
想建成科幻迷们心向往之、津津乐道的太空电梯,少不了碳纳米管。
太空电梯是个多少有些古老的梦。近半个世纪前,科幻巨匠阿瑟·克拉克在小说《天堂的喷泉》中描绘了太空电梯。传说中,在很久以前,人类说着同一种语言。为了宣示自己在地球上的主宰地位,他们打算合力建造通天的巴别塔,最终未能实现。从巴别塔到太空电梯,反映出人类自古就有的、对天外世界的好奇与求索。
太空电梯是一种创新的空间运输技术,它可以大幅降低将有效载荷送入轨道的成本和难度。太空电梯的基本原理是利用一个位于地球同步轨道上方的平衡锤,通过一条由超强超轻的材料制成的缆绳,将地面与空间连接起来。沿着缆绳,可以有多个货舱在不同的高度运行,将人员和物资安全地送达目的地。目前,最有希望用于太空电梯的材料是碳纳米管,它具有非常高的强度和弹性,但也面临着制造和测试的挑战。太空电梯是人类探索和利用太空的一种梦想,也是一项需要跨国合作和长期投入的巨大工程。
多年来,由于技术原因,太空电梯建设进展缓慢。事实上,和其他天马行空的想象相比,太空电梯似乎是一个“跳一跳就够得着”的美梦。随着材料学等学科的进展,科幻作者头脑里的太空电梯也许要成真了。
太空电梯是一种连接地球与太空的交通工具,它的构想最早可以追溯到19世纪末的俄国科学家齐奥尔科夫斯基。他在巴黎参观了当时世界上最高的建筑物——埃菲尔铁塔,从而产生了在地球外建造城堡,并用缆绳与地面相连的想法。后来,许多科幻作家和科学家对太空电梯的设计进行了改进和完善,形成了一个基本的方案,即太空电梯由四个部分组成:厢体、缆绳轨道、地面地基和配重。厢体是乘客和货物的载体,缆绳轨道是支撑厢体运行的结构,地面地基是缆绳轨道的固定点,配重是保持缆绳轨道张力的重物。为了使太空电梯与地球保持相对静止,地面地基必须建在赤道附近,配重必须位于距离地面3.6万公里的同步轨道上。缆绳轨道的材料要求非常高,必须具有很高的强度、低密度和良好的韧性。这是太空电梯建造的最大难题。
太空电梯的优势在于它可以大大降低将有效载荷送入太空的成本和难度。目前,人类使用火箭发射卫星或航天器,需要消耗大量的燃料和资源,而且存在安全风险和环境污染问题。如果有了太空电梯,人们就可以像乘坐电梯一样,以较低的速度和能耗,在缆绳轨道上上下移动。这样不仅可以节省时间和金钱,还可以促进太空探索和开发。太空电梯还可以与太阳能发电卫星等设施相结合,为地球提供清洁可再生的能源。
太空电梯虽然有很多好处,但也存在很多挑战和困难。首先,缆绳轨道的材料问题尚未得到解决。目前,人类还没有发明出能满足太空电梯要求的材料。一些研究者提出了使用碳纳米管等新型材料的可能性,但这些材料还处于实验阶段,无法大规模生产和应用。其次,太空电梯的安全性问题也很严峻。缆绳轨道可能会受到来自大气、风、闪电、小行星、航天器等因素的影响和破坏,如果发生断裂或脱落,可能会造成灾难性的后果。此外,太空电梯还涉及到国际法、政治、经济、军事等方面的复杂问题,需要各国之间进行协商和合作。