目前人類(lèi)空間運(yùn)輸主要依靠火箭。雖然相關(guān)技術(shù)已足夠成熟，但其回收和燃料成本仍然太高。如果使用太空電梯，運(yùn)輸費(fèi)用會(huì)降至每公斤幾百美元。另外，如果太空電梯計(jì)劃能夠?qū)崿F(xiàn)，人類(lèi)太空旅行的成本也將降低，其中蘊(yùn)含的巨大市場(chǎng)潛力將得到釋放。

近日，西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院教授趙廷凱團(tuán)隊(duì)對(duì)半導(dǎo)體性單壁碳納米管的可控制備進(jìn)行深入研究，提出一種新的多循環(huán)生長(zhǎng)工藝，為大規(guī)模合成高純度半導(dǎo)體性單壁碳納米管提供了新方法。4月15日，相關(guān)論文發(fā)表于《化學(xué)工程雜志》。

碳納米管聽(tīng)來(lái)陌生，然而實(shí)際上，你可能早與它打過(guò)照面——電影《流浪地球2》里的太空電梯、《三體》中提到的納米飛刃都與它有關(guān)。

【資料圖】

想建成科幻迷們心向往之、津津樂(lè)道的太空電梯，少不了碳納米管。

太空電梯是個(gè)多少有些古老的夢(mèng)。近半個(gè)世紀(jì)前，科幻巨匠阿瑟·克拉克在小說(shuō)《天堂的噴泉》中描繪了太空電梯。傳說(shuō)中，在很久以前，人類(lèi)說(shuō)著同一種語(yǔ)言。為了宣示自己在地球上的主宰地位，他們打算合力建造通天的巴別塔，最終未能實(shí)現(xiàn)。從巴別塔到太空電梯，反映出人類(lèi)自古就有的、對(duì)天外世界的好奇與求索。

多年來(lái)，由于技術(shù)原因，太空電梯建設(shè)進(jìn)展緩慢。事實(shí)上，和其他天馬行空的想象相比，太空電梯似乎是一個(gè)“跳一跳就夠得著”的美夢(mèng)。隨著材料學(xué)等學(xué)科的進(jìn)展，科幻作者頭腦里的太空電梯也許要成真了。

對(duì)建高塔的想象愈加豐滿

1895年，俄國(guó)科學(xué)家齊奧爾科夫斯基訪問(wèn)巴黎期間，看到當(dāng)時(shí)的世界最高塔——埃菲爾鐵塔后深受觸動(dòng)，生發(fā)出修建太空電梯的設(shè)想。他當(dāng)時(shí)的設(shè)想是在地球外相對(duì)靜止的軌道上修建城堡，并通過(guò)纜繩與地面連接。

隨后，幾代科幻作家與科學(xué)家對(duì)太空電梯的設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，并形成初步達(dá)成共識(shí)的方案：太空電梯分為廂體、纜繩軌道、地面地基和配重四個(gè)部分，連接地球表面和太空軌道上的衛(wèi)星。科學(xué)家將地基選在地球赤道附近，是為了避免地球自轉(zhuǎn)的影響，如果在其他緯度，將無(wú)法一直保持相對(duì)靜止。為了使衛(wèi)星與地球也保持相對(duì)靜止，需要將衛(wèi)星放置在距地面3.6萬(wàn)公里的太空軌道上。中間連接衛(wèi)星與地基的纜繩既要足夠長(zhǎng)，密度又要足夠小，同時(shí)要保證足夠的韌性。這無(wú)疑是修建太空電梯的難點(diǎn)所在。

那配重又是什么呢？按照設(shè)想，太空電梯會(huì)受到地球引力和遠(yuǎn)離地面產(chǎn)生的離心力的影響。“太空電梯的主體是停留在同步軌道上的，類(lèi)似于太空站。但纜繩不是理想化的，會(huì)受到地球引力影響。配重的作用是抵消纜繩本身的重力。”資深科幻迷、長(zhǎng)期從事能源材料研究的華北電力大學(xué)青年教師李赫解釋說(shuō)：“達(dá)到這種狀態(tài)的方式有兩種：一是讓纜繩足夠長(zhǎng)，大概需要10萬(wàn)公里；另一種方式是加配重，即在電梯上端加裝重物。這種方法能夠大大縮短纜繩長(zhǎng)度。”

既然修建太空電梯難度如此之大，那是否還有必要修它呢？李赫給出了肯定答案：“修建太空電梯還是有必要的，主要是為了減少運(yùn)輸成本。”

李赫介紹，目前人類(lèi)空間運(yùn)輸主要依靠火箭。雖然相關(guān)技術(shù)已足夠成熟，但其回收和燃料成本仍然太高。“火箭的運(yùn)輸成本是按公斤計(jì)算的，每公斤大約6000—10000美元。這對(duì)于運(yùn)輸大宗物資來(lái)說(shuō)是一筆巨資。如果使用太空電梯，運(yùn)輸費(fèi)用會(huì)降至每公斤幾百美元。”另外，如果太空電梯計(jì)劃能夠?qū)崿F(xiàn)，人類(lèi)太空旅行的成本也將降低，其中蘊(yùn)含的巨大市場(chǎng)潛力將得到釋放。