《流浪地球2》里的太空电梯，碳纳米管能实现吗？

《流浪地球2》里的太空电梯，碳纳米管能实现吗？

引用

中国科学院

等

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来源

1.

http://www.imr.cas.cn/xwzx/kydt/202407/t20240724_7235029.html

2.

https://www.stdaily.com/web/gjxw/2024-11/30/content_266489.html

3.

https://www.sohu.com/a/803256627_163278

4.

https://new.qq.com/rain/a/20240527A02V4I00

5.

https://finance.sina.com.cn/tech/roll/2024-11-06/doc-incvaynf0283034.shtml

6.

https://www.engineering.org.cn/sscae/CN/10.15302/J-SSCAE-2024.07.014

7.

https://www.cityu.edu.hk/zh-cn/research/stories/2024/02/07/curved-carbon-nanotubes-enhance-electrocatalysts-carbon-neutrality

8.

http://www.chinanmia.com/view-6879.html

9.

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B5%81%E6%B5%AA%E5%9C%B0%E7%90%832

在科幻电影《流浪地球2》中，太空电梯作为人类进入太空的“超级工程”，给观众留下了深刻印象。电影中，这座高达9.6万公里的“天梯”通过碳纳米管制成的缆绳与地面相连，可以将人员和物资以较低成本送入太空。那么，这种看似天马行空的设想，究竟离现实有多远？碳纳米管能否真正实现这一壮举？

太空电梯的概念最早可以追溯到1895年，由俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出。他设想建造一座从地面直达地球同步轨道的“太空塔”。这一构想在《流浪地球2》中得到了具象化展现：通过碳纳米管材料制成的线缆，连接位于不同轨道高度的太空设施，包括近地轨道卫星投放门、静止轨道站等。

碳纳米管之所以被选为太空电梯缆绳的首选材料，是因为它具有惊人的物理特性：

• 超高强度：理论抗拉强度超过100 GPa，是钢铁的400倍。
• 轻质：密度仅为钢的1/6，但强度是钢的100倍。
• 优异的耐疲劳性：可承受上亿次循环拉伸而不断裂。

近年来，碳纳米管的研究取得了重要进展。中国科学院金属研究所通过改进湿法纺丝工艺，制备出的双壁碳纳米管纤维，抗拉强度达到1.65 GPa，比电导率达5.62×10³ S m²/kg，性能已接近理论值。

尽管碳纳米管展现出巨大潜力，但要将其应用于太空电梯仍面临巨大挑战：

1. 材料制备：目前只能制造出不到1厘米的符合要求的碳纳米管，而太空电梯需要长达9.6万公里的单根碳纳米管线缆。

2. 环境适应性：缆绳需要抵御太空中的极端条件，如空间碎片撞击、强宇宙辐射、剧烈温差等。

3. 成本问题：虽然碳纳米管性能优越，但高昂的生产成本是制约其大规模应用的主要障碍。

尽管面临重重挑战，但太空电梯的构想依然吸引着全球科研人员的持续探索。日本大林组计划于2025年开工，2050年完成这一超级工程。如果成功，太空电梯将彻底改变人类进入太空的方式：

• 大幅降低发射成本：从每磅数千美元降至57-227美元。
• 突破尺寸限制：相比火箭，太空电梯可以运输更大尺寸的载荷。
• 减少振动：缓慢而稳定的运输方式更适合运送敏感设备。

正如《流浪地球2》中展现的那样，太空电梯不仅是进入太空的交通工具，更可能成为未来太空探索和开发的基础设施。虽然目前还面临诸多技术挑战，但随着碳纳米管研究的不断突破，这一科幻构想或许在不久的将来就能成为现实。