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太空電梯有著落了! 中國發明世界強度最大纖維 1立方厘米可承受160頭大象
發布時間：2020-04-30 09:42 點擊次數：北京清華大學的一個研究小組開發出了一種纖維，他們說這種纖維非常堅固，甚至可以用來建造升降機。
他們說，這種由碳納米管制成的纖維僅1立方厘米就能夠承受160頭大象或超過800噸的重量。而這一小塊纖維的重量只有1.6克。
“這是一個重大突破，”西安西北工業大學重要升降電梯研究中心的科學家Wang Changqing表示。他沒有參與清華的研究。
中國研究小組已經從碳納米管中開發出一種新的“超長”纖維，他們說這種纖維比以往任何纖維都要堅固。今年早些時候，他們為這項技術申請了專利，并在《自然納米技術》雜志上發表了部分研究成果。
“很明顯，碳納米管束的抗拉強度至少是其他材料的9到45倍，”研究小組在論文中說。
他們表示，這種材料“在許多高端領域，如運動裝備、彈道裝甲、航空、航天、甚至太空電梯，將有很大需求”。
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建造一個可以從地球到太空的升降機的想法聽起來像是科幻小說里的東西，但它已經存在了一個多世紀，科學家們在近幾十年里想出了各種各樣的設計。
其中一個想法是將一顆大型衛星送入與地球旋轉同步的軌道，然后將一根纜繩拉到地面，并固定在地面，然后將另一根纜繩從相反的方向拉伸出去，并與一個平衡裝置相連。
但到目前為止，太空升降機的想法仍然停留在物理和數學模型的領域，因為沒有足夠堅固的材料來制造超輕、超堅固的纜繩。
根據美國航空航天局(NASA)的數據，這些纜繩需要擁有不少于70億噸的抗拉強度，才能承受拉伸。
事實上，NASA在2005年發起了一項全球競賽來開發這種材料，獎金為200萬美元。沒有人能做到。
現在，清華大學化學工程系魏飛教授領導的研究小組表示，他們新的碳納米管纖維的抗拉強度達到了800億帕斯卡。
碳納米管是由碳原子組成的圓柱形分子，呈六角形，直徑小至1納米。
它們的抗拉強度是已知的任何材料中較高的——已知材料的抗拉強度理論上較高可達3000億帕。
但實際上，這些碳納米管必須以纜繩的形式連接在一起，這個過程很困難，而且會影響產品的整體強度。
據太空升降機研究人員Wang Changqing表示，該運輸系統需要3萬多公里長的纜繩，還需要軌道和護罩等其他結構，以防止太空碎片和其他環境危害。
Wang Changqing表示：“如果纜繩不夠結實，它甚至不能承受自己的重量。到目前為止，還沒有足夠強度的材料來完成這項工作。”
纜繩強度的要求根據太空升降機的設計而有所不同。Wang Changqing表示，碳納米管纖維似乎是目前有前途的候選材料，但需要更多的計算和模擬來評估它的性能。
“纜繩是一個大問題，但它不是僅有的問題，”他補充說。
例如，中國和俄羅斯的太空科學家正在共同努力，尋找一種安全、有效的方法，將一根細細、輕如羽毛的纜繩從高空軌道延伸至地面。
重新進入大氣層會產生大量的熱量，這可能會燒毀纜繩，而平衡重量可能需要像小行星一樣的大小才能讓纜繩保持垂直。
Wang Changqing表示，這樣一個項目的規模和復雜性將使國際空間站相形見絀。
但包括中國、美國、俄羅斯和日本在內都在繼續支持這項研究。
上個月，日本發射了兩顆衛星，用于研究太空電梯運動——這是首次進行這一實驗——其中包括一架迷你電梯通過纜繩從一顆衛星傳送到另一顆衛星。
它還沒有報告該實驗結果。中國也進行了太空纜繩試驗，但細節保密。
盡管實現太空電梯仍為時尚早，但魏教授表示，他的團隊正試圖將碳納米管纖維大規模生產，用于國防或其他領域。
他表示:“這可能會在許多領域改變游戲規則。”
