分享 | 盤點《流浪地球》中的“超級材料”
2023-02-16 16:09:19
作者：材易通 來源：材易通
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被譽為“航天之父”的俄國科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基在1895年提出過一個設想，在地面上建設一座超高的鐵塔，一直建到地球同步軌道為止，在鐵塔內架設電梯，人們便可以搭著電梯進入外太空。這便是“太空電梯”的由來。
我們想要建造一座直達外太空的電梯，最重要的就是需要提供繩索軌道。從地面向上建造？太不現實。那可以試著從太空中“扔”下繩索。也就是說，先發射一顆地球同步衛星，然后從衛星上伸出繩索“垂”到地面上，在地面一端固定，形成太空電梯的運行軌道。這下不用建塔，只需要“幾根繩索”就行！于是，人們又遇到了異常棘手的問題：如何找到密度小，但抗拉強度大的材料？《流浪地球》原著作者劉慈欣在接受中央電視總臺記者采訪時說：“太空電梯最大的障礙是它的材料，要把一根鋼索從地球延伸到三萬公里高空，目前我們強度最高的材料就是碳纖維。”高性能碳纖維強度是普通鋼材的10倍，具有極高的耐磨性和耐腐蝕性,可以有效抵抗外界環境的侵蝕作用，被廣泛用于航天航空、交通、醫療及國防等領域，與國民經濟發展和國家安全密切相關，尤其在航空航天和國防軍工領域更是占有不可替代的地位。2018年1月，“干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業化關鍵技術及應用”榮獲2017年度國家科學技術進步一等獎，這也是我國碳纖維行業所獲得的最高獎項。該技術的第一完成單位是隸屬于中國建材集團的中復神鷹碳纖維股份有限公司，此前，該公司系統掌握了T700級、T800級、M30級、M35級千噸級技術以及T1000級、M40級百噸級技術，在國內率先實現了干噴濕紡的關鍵技術突破和核心裝備自主化，建成了國內首條千噸級干噴濕紡碳纖維產業化生產線。2020年，中復神鷹萬噸級碳纖維生產基地在青海投產。中國建材集團董事長周育先在接受記者采訪時曾表示：萬噸級生產基地的投產，讓我們在解決了T800、T1000級碳纖維“0到1”跨越的基礎上，也解決了“1到100”的大規模量產。只有實現量產，才能保證性能穩定、性能一致，才能保證其在國防軍工、航空航天領域的應用。從“國之重器”到新能源、基礎設施建設，碳纖維材料的應用領域會得到進一步拓展。其實，目前最有可能滿足“太空電梯”建設要求的是一種納米材料——碳納米管，也就是《三體》第一部主角所研究的“納米飛刃”的原型。它是由碳原子組成的管狀結構納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能，是目前已知的理論上力學強度最高和韌性最好的材料。比如，它可以在納米尺度下讓沸水成冰，比如擁有99.8%的電熱轉化效率，或許會成為未來的“取暖神器”。比如，其硬度與金剛石相當，卻擁有良好的柔韌性，可以拉伸。具有良好的力學性能，強度是鋼的100倍，密度卻只有鋼的1/6。若將以其他工程材料為基體與碳納米管制成復合材料, 可使復合材料表現出良好的強度、彈性、抗疲勞性及各向同性，給復合材料的性能帶來極大改善。理論上可行，可一旦真的要考慮項目建設，就需要解決很多的實際問題。碳納米管的耐久性還遠遠不夠，技術也并不成熟。未來研究能否成功，就讓時間來答案吧。
相信看過影片的觀眾，一定對在月面建造月球基地和逐月發動機的情節記憶猶新。當所有工程機器模塊啟動，設備開始運轉，機器人便可以輕輕松松地將基地和發動機建設用混凝土基材進行自動化“建材打印”。這項技術可一點也不“科幻”。如今，中國建材總院針對極端環境下月面建造的資源條件約束，利用3D打印技術，研究了解決月面建筑物建造與長期服役難題。相信在不久的將來，在月球上實現“零員工”建造大樓指日可待！“一代材料，一代裝備”，作為戰略性、基礎性產業，新材料為我國戰略新興產業發展提供了不可或缺的基礎保障。中國科幻的背后是中國制造，中國制造變革與升級的關鍵在于材料。在《流浪地球2》中，我們還能看到許多需要用到“超級材料”的地方。為推動地球開啟“流浪之旅”，人們建設了上萬座巨大的行星發動機。這些發動機在噴管、燃燒室采用了大量耐高溫金屬材料，使其可以在1500℃～2000℃環境中長期正常工作。瑞泰科技股份有限公司幾十年來始終專注研發耐高溫材料，服務于高溫窯爐工業，從技術、產品到施工安裝，努力為高溫窯爐工業保駕護航。凱盛集團的發電玻璃具有弱光發電、在極端環境下發電表現更好的特點，即便是在電影中展現的惡劣地表環境上，它依然可以發揮其優勢。只要有光，就能不斷產生清潔電力，為地球能源供應保駕護航。此外，凱盛研究的高性能空心玻璃微珠可作為可控核聚變燃料的儲存材料，實現氘氚燃料的儲存和可控式進出，幫助產生強大的推進能量來使地球得以“流浪”。上可九天攬月,下可五洋捉鱉。高性能空心玻璃微珠還曾作為制備固體浮力裝置最關鍵的材料，助力我國首臺4500米級深海遙控無人潛水器“海馬號”深潛成功。電影中最引人矚目的炫酷垂直起降型飛行器不僅擁有“中國心（國產發動機）”，還身披“中國衣”。具有特種功能的“外衣”正是“北新燈塔”為其量身打造的隱身涂料。燈塔涂料已有100多年歷史，多次服務長征系列運載火箭、神舟系列、嫦娥系列等大國重器，獨具特色的結構底漆、耐熱防護底面漆、抗靜電涂料、隱身涂料等，展現了中國制造在航空航天領域過硬的技術實力。前幾天，國資小新攜手央企國家隊與電影《流浪地球2》夢幻聯動，創造了#國家隊團建式喊話流浪地球#（閱讀量8523.6萬），#你們盡管想象 我們負責實現#（閱讀量7467.1萬），#流浪地球中的裝備真實存在嗎#（閱讀量2649.4萬）三個熱搜話題，眾多央企組團上陣。中國建材集團作為建材行業的代表，也喊話“流浪地球”——將充分發揮科技創新“國家隊”作用，不斷提升我國關鍵材料和技術的自主可控！中國制造加油！為中國新材料點贊！劉慈欣說，中國每時每刻都在發生巨大的變化，中國的飛速發展，中國的現代化進程，深刻推動著影片的突破和跨越，這是科幻文學、科幻電影存在和發展的土壤。郭帆導演在《人民日報》撰文寫道：“國家的發展進步為科幻文藝崛起提供了強大支撐”“強盛的國家才能托舉起強大的科幻產業”。
相信未來，一定會有越來越多具有突破性的科幻電影與大家見面，廣大企業也將與中國科幻一道，秉承攻堅克難的決心意志，推進高水平科技自立自強。你們盡管想象，我們負責實現！
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