人类太空电梯计划有致命缺陷 实现可能渺茫

不知从什么时候开始,人类就真的开始着手想要将太空电梯这种原本只出现在科幻电影里的科技变成现实了。包括我们熟悉的谷歌,它的 X 实验室都曾将太空电梯列为研发计划。人们之所以敢这么天马行空,倚仗的就是正在发展中的碳纳米管技术。碳纳米管被一些人称为“奇迹材料”,它由碳原子组成 六边形从而生成管状结构。碳纳米管拥有古怪但能令科学家兴奋的导电性、磁性和力学属性,其抗拉强度是钢的 100 倍,重量仅为后者的六分之一。

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正因为如此,人们认为碳纳米管技术如果能继续发展,就足以能够伸展到太空中,成为太空电梯必不可少的材料。我们眼下遇到的困难是碳纳米管的强度仅是它应有的百分之一,而香港理工大学的研究者通过模拟找到了答案。

科学家创建了一个碳纳米管模型,但有一个原子不在它该在的位置,使得其中一个六边形变成了五边形。这个小小的错误成为了一个极大的弱点,使得它非常容易断裂。一旦发生这种情况,作用在结构其他部分的张力就会完全毁掉这个模型。

只是一个这样小的错误,该碳纳米管的理论最大抗拉强度就从 100 吉帕斯卡减少到 40 吉帕斯卡。如果类似这样的瑕疵更多,那就会造成更可怕的性能衰减。据计算,要支撑起一座能够实用的太空电梯,抗拉强度最少需要 50 吉帕斯卡。

科学家总结说:“只有质量极高的碳纳米管才能够达到它们理想的强度。大多数现在量产化的碳纳米管都存在大量缺陷,而高质量的碳纳米管又很难去量产。”

除非碳纳米管的合成技术上有了飞跃性突破,否则使用这种材料来打造太空电梯就会是一件非常危险的事情。有人可能会认为等待突破并不是问题,但考虑到用碳纳米管制造太空电梯意味着超过 35000 米长的一段材料中不能有哪怕一个原子的错位,而且辐射和太阳风的影响使得这样的电梯即使能打造完成,维护也是几乎不可能的。这样一来,碳纳米管很可能就将不是我们实现太空电梯之路上最可行的办法了。

没有了太空电梯,我们如何能够实现对太空的自由往来呢?SpaceX 的可循环利用火箭似乎是个不错的办法。随着技术进步,可能性总是存在的。

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