最近,Anisoprint CEO费多接受Deloitte(德勤)旗下播客栏目——Future of Mobility(移动未来)采访时谈到太空升降塔技术与碳纳米管技术结合的可行性。

也许人类在整个太阳系扩张的最大障碍是逃避地球引力带来的高昂成本。传统火箭发动机的工作原理是在一个方向抛掷质量,在另一个方向为航天器产生推力。这需要大量推进燃料,而这些推进燃料最终会废弃。其结果是,将一公斤重的物体送入轨道的成本高达数万美元,至于登上月球甚至更远的地方就更昂贵了。建造一个太空电梯——从地球延伸到轨道的索道,提供了一种进入太空的思路。其最大的优点是攀爬过程可由太阳能供电,而不需额外携带燃料。

想象一下,一条长度大约是宽度一万倍的“缎带”,如果它是1米长,将只有10纳米宽;如果它有足球场的长度,其直径仍将不到1微米——比红细胞还小。那么一条10万公里长的“缎带”呢,一条从地球表面垂直延伸到对地静止轨道的索道,它需要用什么样的材料去建造才能维持基本形态和日常功能?

“攀登”这样一条“通天塔”的想法听起来很雄伟,国际宇航科学院(IAA)的一份新报告预测,理论上它将能够同时携带多达7个20吨的有效载荷,并将由大约200万公斤的锚固定。向上发送有效载荷可以从根本上改变人类与太空的关系——因为最多每隔几天就可以进行一次“发射”。

这实际上是一个有关比强度的工程问题,充分说明了比强度(强度-重量比)的重要性:显然,为了维持其稳定性和减轻极端长宽比带来的压力,需要一种比强度极其高的材料。而材料的寻找恰恰也是最难的一部分。

由于太空升降塔至少需要有离地400公里的高度,使用CFRP(碳纤维增强材料),我们可以建造一根高于100公里的杆并确保其不会因自身重量而弯曲变形至于倒塌。而建造太空升降塔的材料种类需要比CFRP强4倍、或轻4倍,或强且轻2倍。解决了材料的问题,在现有技术下,其他问题在理论上都可以被达成。但遗憾的是,目前还没有这样的材料,它们还没有被发明出来。但是还有一条出路:如果我们能制造出连续结构的碳纳米管!因为理论上,碳纳米管的强度是碳纤维增强材料的20倍。这里还有一个技术难题:上述仅在微观尺度上讨论,而微观尺度上的碳纳米管技术还不成熟,更难以发展至宏观尺度。即是,如果我们能在宏观尺度上研发出可靠的这种材料,就可以制造碳纤维纳米管增强复合材料。

作为Anisoprint的强项和特色,连续碳纤维材料一直是研发的重点,这也意味着,在未来太空升降塔技术的发展中,Anisoprint可以以其目前为止所积累的行业经验拥有话语权,并继续向碳纳米管领域进步。费多以其前瞻性的视角为我们引入了太空升降塔这一全新概念——虽然目前还受限于诸多技术,但是太空领域的研究从未停止。

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