分享 | 盘点《流浪地球》中的“超级材料”
2023-02-16 16:09:19
作者：材易通 来源：材易通
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被誉为“航天之父”的俄国科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基在1895年提出过一个设想，在地面上建设一座超高的铁塔，一直建到地球同步轨道为止，在铁塔内架设电梯，人们便可以搭着电梯进入外太空。这便是“太空电梯”的由来。
我们想要建造一座直达外太空的电梯，最重要的就是需要提供绳索轨道。从地面向上建造？太不现实。那可以试着从太空中“扔”下绳索。也就是说，先发射一颗地球同步卫星，然后从卫星上伸出绳索“垂”到地面上，在地面一端固定，形成太空电梯的运行轨道。这下不用建塔，只需要“几根绳索”就行！于是，人们又遇到了异常棘手的问题：如何找到密度小，但抗拉强度大的材料？《流浪地球》原著作者刘慈欣在接受中央电视总台记者采访时说：“太空电梯最大的障碍是它的材料，要把一根钢索从地球延伸到三万公里高空，目前我们强度最高的材料就是碳纤维。”高性能碳纤维强度是普通钢材的10倍，具有极高的耐磨性和耐腐蚀性,可以有效抵抗外界环境的侵蚀作用，被广泛用于航天航空、交通、医疗及国防等领域，与国民经济发展和国家安全密切相关，尤其在航空航天和国防军工领域更是占有不可替代的地位。2018年1月，“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用”荣获2017年度国家科学技术进步一等奖，这也是我国碳纤维行业所获得的最高奖项。该技术的第一完成单位是隶属于中国建材集团的中复神鹰碳纤维股份有限公司，此前，该公司系统掌握了T700级、T800级、M30级、M35级千吨级技术以及T1000级、M40级百吨级技术，在国内率先实现了干喷湿纺的关键技术突破和核心装备自主化，建成了国内首条千吨级干喷湿纺碳纤维产业化生产线。2020年，中复神鹰万吨级碳纤维生产基地在青海投产。中国建材集团董事长周育先在接受记者采访时曾表示：万吨级生产基地的投产，让我们在解决了T800、T1000级碳纤维“0到1”跨越的基础上，也解决了“1到100”的大规模量产。只有实现量产，才能保证性能稳定、性能一致，才能保证其在国防军工、航空航天领域的应用。从“国之重器”到新能源、基础设施建设，碳纤维材料的应用领域会得到进一步拓展。其实，目前最有可能满足“太空电梯”建设要求的是一种纳米材料——碳纳米管，也就是《三体》第一部主角所研究的“纳米飞刃”的原型。它是由碳原子组成的管状结构纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，是目前已知的理论上力学强度最高和韧性最好的材料。比如，它可以在纳米尺度下让沸水成冰，比如拥有99.8%的电热转化效率，或许会成为未来的“取暖神器”。比如，其硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。具有良好的力学性能，强度是钢的100倍，密度却只有钢的1/6。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大改善。理论上可行，可一旦真的要考虑项目建设，就需要解决很多的实际问题。碳纳米管的耐久性还远远不够，技术也并不成熟。未来研究能否成功，就让时间来答案吧。
相信看过影片的观众，一定对在月面建造月球基地和逐月发动机的情节记忆犹新。当所有工程机器模块启动，设备开始运转，机器人便可以轻轻松松地将基地和发动机建设用混凝土基材进行自动化“建材打印”。这项技术可一点也不“科幻”。如今，中国建材总院针对极端环境下月面建造的资源条件约束，利用3D打印技术，研究了解决月面建筑物建造与长期服役难题。相信在不久的将来，在月球上实现“零员工”建造大楼指日可待！“一代材料，一代装备”，作为战略性、基础性产业，新材料为我国战略新兴产业发展提供了不可或缺的基础保障。中国科幻的背后是中国制造，中国制造变革与升级的关键在于材料。在《流浪地球2》中，我们还能看到许多需要用到“超级材料”的地方。为推动地球开启“流浪之旅”，人们建设了上万座巨大的行星发动机。这些发动机在喷管、燃烧室采用了大量耐高温金属材料，使其可以在1500℃～2000℃环境中长期正常工作。瑞泰科技股份有限公司几十年来始终专注研发耐高温材料，服务于高温窑炉工业，从技术、产品到施工安装，努力为高温窑炉工业保驾护航。凯盛集团的发电玻璃具有弱光发电、在极端环境下发电表现更好的特点，即便是在电影中展现的恶劣地表环境上，它依然可以发挥其优势。只要有光，就能不断产生清洁电力，为地球能源供应保驾护航。此外，凯盛研究的高性能空心玻璃微珠可作为可控核聚变燃料的储存材料，实现氘氚燃料的储存和可控式进出，帮助产生强大的推进能量来使地球得以“流浪”。上可九天揽月,下可五洋捉鳖。高性能空心玻璃微珠还曾作为制备固体浮力装置最关键的材料，助力我国首台4500米级深海遥控无人潜水器“海马号”深潜成功。电影中最引人瞩目的炫酷垂直起降型飞行器不仅拥有“中国心（国产发动机）”，还身披“中国衣”。具有特种功能的“外衣”正是“北新灯塔”为其量身打造的隐身涂料。灯塔涂料已有100多年历史，多次服务长征系列运载火箭、神舟系列、嫦娥系列等大国重器，独具特色的结构底漆、耐热防护底面漆、抗静电涂料、隐身涂料等，展现了中国制造在航空航天领域过硬的技术实力。前几天，国资小新携手央企国家队与电影《流浪地球2》梦幻联动，创造了#国家队团建式喊话流浪地球#（阅读量8523.6万），#你们尽管想象 我们负责实现#（阅读量7467.1万），#流浪地球中的装备真实存在吗#（阅读量2649.4万）三个热搜话题，众多央企组团上阵。中国建材集团作为建材行业的代表，也喊话“流浪地球”——将充分发挥科技创新“国家队”作用，不断提升我国关键材料和技术的自主可控！中国制造加油！为中国新材料点赞！刘慈欣说，中国每时每刻都在发生巨大的变化，中国的飞速发展，中国的现代化进程，深刻推动着影片的突破和跨越，这是科幻文学、科幻电影存在和发展的土壤。郭帆导演在《人民日报》撰文写道：“国家的发展进步为科幻文艺崛起提供了强大支撑”“强盛的国家才能托举起强大的科幻产业”。
相信未来，一定会有越来越多具有突破性的科幻电影与大家见面，广大企业也将与中国科幻一道，秉承攻坚克难的决心意志，推进高水平科技自立自强。你们尽管想象，我们负责实现！
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