太空电梯项目遭遇技术瓶颈，碳纳米管材料制备成关键难题

太空电梯项目遭遇技术瓶颈，碳纳米管材料制备成关键难题

引用

中国青年网

等

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来源

1.

https://d.youth.cn/shrgch/202408/t20240824_15468567.htm

2.

https://www.sohu.com/a/784697034_570536

3.

https://new.qq.com/rain/a/20240614A03SC500

4.

https://new.qq.com/rain/a/20240606A037YL00

5.

http://www.chinaden.cn/news_nr.asp?id=43927&Small_Class=4

6.

http://www.hnjydt.com/article/detail-6101344.html

7.

http://dzhtb.cgs.cn/

2024年8月，在东京国际信息技术展览会上，日本大林组公司负责太空电梯项目的负责人渕田安浩发表演讲，承认太空电梯项目仍面临诸多技术挑战，距离实际开工仍有相当距离。这一表态，让人们对太空电梯这一科幻构想的实现前景再次产生疑问。

太空电梯的概念最早可以追溯到1895年，由被誉为“航天之父”的俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出。他受巴黎埃菲尔铁塔启发，设想在地面上建设一座超高的铁塔，直通地球同步轨道，然后搭乘内部电梯就可以进入外太空。

大林组在2012年完成高达634米的东京晴空塔建造工程后，雄心勃勃地提出建造太空电梯的计划，设定目标是2025年开工，2050年完成。按照大林组的设计方案，太空电梯将包括：

• 位于赤道海面上的“地球港”基地
• 由碳纳米管材料制成的线缆，全长9.6万公里
• 高度约300公里的近地轨道卫星投放门
• 3.6万公里高度的地球静止轨道站
• 9.6万公里的最顶端设置平衡锤

太空电梯项目面临的最大技术挑战在于线缆材料的选择。线缆必须非常坚固，才能承受自身的巨大重量以及太空设施带来的张力。根据计算，钢铁等常规金属材料的性能远远无法满足太空电梯线缆的需求。

1991年，碳纳米管的发现为太空电梯的实现带来了希望。碳纳米管具有以下优异特性：

• 理论上最高强度可达200GPa
• 密度仅为钢的1/6
• 弹性模量是钢的5倍
• 抗拉强度是钢的100倍
• 常温下热导率远超其他金属材料

然而，要将这些特性转化为实际应用仍面临巨大挑战。大林组计划需要制作长度达到9.6万公里、分子与分子之间相连的单根碳纳米管。目前，即使是技术领先的清华大学科研团队也只能制备出约0.5米长的碳纳米管，与实际需求相差甚远。

尽管面临巨大挑战，科学家们仍在不断努力。最近，来自日本、中国等国的研究团队在碳纳米管研究领域取得了一些重要进展。例如，马里兰大学巴尔的摩郡分校的研究人员发现，扭曲的碳纳米管单位质量可存储的能量是先进锂离子电池的三倍，这为碳纳米管的应用开辟了新的可能性。

然而，这些研究主要集中在能量存储应用方面，与太空电梯所需的高强度线缆材料尚有较大差距。大林组承认，目前仍在研究作为线缆材料的碳纳米管的大规模制备工艺，距离实际应用仍有很长的路要走。

尽管太空电梯项目面临诸多挑战，但其潜在价值不容忽视。一旦实现，太空电梯将带来革命性的变化：

• 大幅降低太空运输成本：从目前每磅数千美元降至57-227美元
• 缩短太空航行时间：探测器前往火星的时间可从6-8个月缩短至40天
• 提高安全性：避免火箭发射过程中的高风险
• 更加环保：动力来自太阳能或微波技术

大林组表示，他们仍在积极寻求合作伙伴，推进项目研发。虽然2050年的目标实现难度很大，但正如项目负责人Yoji Ishikawa所说：“没准哪一天一次技术突破，就能让这个理想早日实现。”

太空电梯的实现之路充满挑战，但随着科技的不断进步，这个曾经只存在于科幻作品中的构想，或许终有一天会成为现实。