太空梯實驗
太空電梯電腦效果圖
環(huán)球在線消息：據(jù)《自然》雜志23日報道，“太空梯”設想的提出曾引起廣泛關注，但意大利一位科學家日前表示，這一設想不可能實現(xiàn)，因為搭建太空梯的碳納米管纜繩根本無法支撐數(shù)十萬公里長的太空梯重量，從短期講，太空梯充其量只不過是個“太空夢”。
意大利都靈工藝研究院科學家尼古拉·普哥諾表示，科學家無法在短期內以碳納米管為材料制造出太空梯的纜繩。普哥諾的計算結果顯示，碳納米管不可避免的缺陷意味著這種纜繩將不夠牢固。“太空梯”的設想在科幻小說中經(jīng)常被提出，作者想象了一座架設在地球表面與太空之間長達十萬公里的“太空梯”，貨物和太空游客可以通過纜繩爬升到低地球軌道，消除了火箭發(fā)射的必要。
在發(fā)現(xiàn)碳納米管具有令人難以置信的高強度/重量比后，研究人員便希望借鑒科幻小說中的設想，將太空梯從想象變?yōu)楝F(xiàn)實。然而，普哥諾卻認為，碳納米管的原子標度缺陷將會令纜繩的強度降低70%。研究人員認為，太空梯纜繩的最佳形狀應是絲帶，寬約一米、薄如紙的絲帶，需承受得住至少62吉帕斯卡(GPa)的壓力。這相當于一場逾20萬參加的拔河比賽，繩子的每一側至少有10
萬人在拉拽。
實驗室測試表明，單個納米管能承受得住平均約100吉帕斯卡的壓力，這一不同尋常的強度來自于納米管特有的晶體結構。不過，納米管每流失一個碳原子，其強度便會相應降低30%。而由這種納米管制造的體積龐大的材料甚至更不牢固。迄今為止，以納米管為材料的大部分纖維的強度遠低于1吉帕斯卡。
研究人員最近對高質量納米管的測算發(fā)現(xiàn)，納米管纜繩每打1012個結，便會流失一個碳原子，而每4微米長的納米管便會有一個缺陷。雖然兩個以上原子流失的缺陷極為罕見，但普哥諾指出，按照太空梯的規(guī)模，從理論上講存在這種可能性。
普哥諾利用其自行設計的數(shù)學模型——通過預測諸如納米晶體鉆石等材料的強度測算出來的，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)稍大的缺陷不可避免地讓纜繩強度低于30吉帕斯卡。普哥諾的論文已在網(wǎng)絡服務器arXiv2上公布，還會出現(xiàn)在7月份刊登的《物理學報：凝聚物質》上。普哥諾同時指出，即便毫無缺陷的納米管能夠用于制造太空梯，但來自微隕星撞擊、甚至氧原子的腐蝕都有可能會令納米管強度減弱。在回答太空梯是否能成為現(xiàn)實的問題時，普哥諾說：“按照當今的技術水平，這個夢想永遠甭想實現(xiàn)�！�
普哥諾的這一結論與物理學家布拉德利·愛德華茲的設想形成鮮明對比。愛德華茲曾為美國宇航局進行過太空梯的可行性研究，他隨后出版的一本著作令其成為太空梯項目最頻繁的“代言人”。愛德華茲是美國達拉斯“碳設計”(
Carbon Designs)公司創(chuàng)始人，目前任該公司總裁，他對太空梯引發(fā)的爭議嗤之以鼻。
愛德華茲說，倘若獲得足夠的經(jīng)費，他就能在三年內制造出62吉帕斯卡基準以上的纜繩。他表示，建造太空梯的重要一步是將長長的納米管緊緊地捻在一起，這將加大納米管互相之間的摩擦力，從而令單個納米管的力量變得微不足道。
但按照普哥諾的計算，稍大的瑕疵會嚴重削弱纜繩的強度，無論纜繩如何制造。迄今為止的實驗室研究似乎也并未激發(fā)研究人員對太空梯的前景抱太多希望。達拉斯納米技術研究所主任雷·鮑曼去年在《科學》雜志上發(fā)表的一篇論文描述了一種以類似于愛德華茲最喜歡設計的方式捻起來的一米長纜繩。但這些纜繩的強度也低于1吉帕斯卡。
鮑曼說，普哥諾的研究結果事實上并不令人感到吃驚。眾所周知，數(shù)十年來，晶體材料對各種缺陷過于敏感，一旦體積增加，晶體材料的強度就會顯著下降。但鮑曼認為科學家有朝一日定會找到建造太空梯的方案。他說，太空梯“雖然不會在我有生之年成為現(xiàn)實，但并不表示這一夢想永遠無法實現(xiàn)�！�
來源：新浪科技