太空電梯可能是人類沖出地球，走向宇宙的最關(guān)鍵工具；而太空電梯的關(guān)鍵又是承載電梯的纜繩——必須具備遠(yuǎn)超現(xiàn)有任何材料的強(qiáng)度，目前唯一的候選是碳納米管。清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)近日宣布，繼2013年開發(fā)出創(chuàng)記錄的50厘米長(zhǎng)碳納米管后，目前他們已將這一世界記錄提高到了70厘米，下一步將開始大規(guī)模生產(chǎn)，用于軍事和太空領(lǐng)域。清華大學(xué)已為此申請(qǐng)了專利，并將部分研究成果發(fā)表在《自然納米技術(shù)》期刊上。

1厘米粗可吊起160頭大象

根據(jù)美國(guó)宇航局的說法，要建造太空電梯，纜繩必須達(dá)到70億帕的抗拉強(qiáng)度。2005年他們?cè)l(fā)起一項(xiàng)全球競(jìng)賽來開發(fā)這種材料，獎(jiǎng)金是200萬美元，不過這些獎(jiǎng)金最后還是節(jié)約歸己了——根本沒有人申請(qǐng)領(lǐng)獎(jiǎng)。

碳納米管的抗拉伸強(qiáng)度是已知材料中最高的，理論上可達(dá)3000億帕。清華大學(xué)化學(xué)工程系教授魏飛領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究一直領(lǐng)先全球其它團(tuán)隊(duì)，目前已研發(fā)出厘米級(jí)碳納米管束，抗拉伸強(qiáng)度已達(dá)800億帕，這種材料1立方厘米僅1.6克，卻能吊起800噸的重量而不斷裂，相當(dāng)于160頭大象用一根指頭粗的繩子就能吊起來了。而且這種碳納米管管束根數(shù)增加，強(qiáng)度也可得到保持，可以說已經(jīng)取得了革命性的突破。

太空電梯的路仍然漫長(zhǎng)

清華大學(xué)的研究成果讓我們離太空電梯夢(mèng)想的實(shí)現(xiàn)又近了一小步，但仍然還有很長(zhǎng)的路要走。

比如，碳納米管必須以電纜形式粘合在一起，中間不能有缺陷，否則就會(huì)大大影響整體強(qiáng)度，而要實(shí)現(xiàn)這種生產(chǎn)非常困難；另外還必須將它從軌道上安全有效地放到地面，因?yàn)檫M(jìn)入大氣層時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，很可能將它燒毀，中俄科學(xué)家正對(duì)此進(jìn)行研究；在軌道上平衡纜繩的配重也非常大，幾乎需要一顆小行星的重量，這也是非常困難的；還有電梯及纜繩必須進(jìn)行小心細(xì)致地維護(hù)和防護(hù)，避免被太空碎片擊中而損壞，否則坍塌到地球上肯定會(huì)是一場(chǎng)巨大的災(zāi)難。

可能改變?nèi)蛴螒蛞?guī)則

如此強(qiáng)大而超前的材料當(dāng)然不止這一種功能，事實(shí)上碳納米管在其它領(lǐng)域，包括運(yùn)動(dòng)裝備、航空航天及軍事領(lǐng)域等都有廣泛的應(yīng)用，甚至可能改變整個(gè)世界的游戲規(guī)則。

比如碳納米管用作太空纜繩可以捕獲敵方的衛(wèi)星，也可用于軌道炮和激光炮等新式武器的高性能儲(chǔ)能和供應(yīng)系統(tǒng)——這種系統(tǒng)又稱機(jī)械電池，可以在真空室中通過磁懸浮將能量?jī)?chǔ)存在超高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中。材料越輕越結(jié)實(shí)則旋轉(zhuǎn)越快，儲(chǔ)能越多，使用碳納米管飛輪，機(jī)械電池的能量密度將是鋰電池的40倍，這意味著特斯拉S型轎車充一次電可行駛16000公里，差不多要環(huán)繞半個(gè)地球了，這幾乎將宣布化石燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的死刑。

太空電梯實(shí)際已進(jìn)入人類的議事日程了，日本上個(gè)月在太空首次進(jìn)行了微型太空電梯實(shí)驗(yàn)，目前實(shí)驗(yàn)結(jié)果還沒有出來；中國(guó)也在太空進(jìn)行過系留實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果保密，未予公布。

隨著碳納米管技術(shù)的突破，太空電梯會(huì)成為現(xiàn)實(shí)嗎？我想恐怕只有科技水平能達(dá)到捕獲一顆小行星，并將它移動(dòng)到地球靜止軌道上，在上面生產(chǎn)碳納米管纜繩的時(shí)候，這個(gè)夢(mèng)想才有實(shí)現(xiàn)的可能吧。