人类的终极梦想有哪些?有人说是“人人如龙,长生不死”,小编认为这个不现实,小编认为人类的终极梦想就是实现星际旅行。当我们拥有了这个技术后,就代表着宇宙深空无穷无尽的能源可以任我们索取,我们将不再拥有生存危机。
可是想要前往星辰大海,想要实现星际旅行,我们就必须要建造结实耐用并且可靠宇宙飞船。在材料学领域,硬度是一种材料最重要的考核指标,对于宇宙飞船而言,不管将来的护盾科技发展到什么程度,飞船本身的材料硬度一定要足够大,不然就无法保证飞船在布满危险的宇宙空间里航行。
当然,在宇宙空间里载人长期航行对目前的人类来说还很遥远,但是在现有的航天水平下,宇航员通过飞船往返地球的时候,都会与大气层产生巨大的摩擦,而这个时候,要是飞船的材料硬度不过关,就有可能发生飞船解体事件,很容易造成危险。因此,选择一种硬度足够的材料对于建造一艘好的宇宙飞船来说至关重要。
我们可能知道,目前我们拥有的自然界中硬度最高的材料就是金刚石,也就是人们常说的钻石,它的摩氏硬度为10,是最高级别。因此,金刚石在人类的工业和生活中应用非常广泛,因为它绝佳的硬度,我们可以用它来当钻头,油井钻头上就有金刚石。而且现在我们已经可以人工合成金刚石了,那么我们能够利用这种材料去制造能在宇宙中航行的宇宙飞船吗?
答案很明显,不能。因为钻石的硬度虽然大,但是没有韧性,而且脆性很强,因此钻石并不能用来制造宇宙飞船。人类迫切希望找到一种硬度足够大,韧性也足够强的材料,这时候钛合金这种材料就诞生了。
钛合金可以用来制造宇宙飞船吗?
钛合金可以说是人类最伟大的发明之一,它的硬度虽然略小于钻石,但是它的密度更小,而且具有很强的韧性,还能耐高温防腐蚀。因此,在现代航天制造业中,钛合金的使用是非常广泛的,超音速飞机,火箭发动机和宇宙飞船身上都是用了大量的钛合金。那么在未来的星际旅行中,钛合金还能一直坚挺吗?
钛合金这种材料制造的宇宙飞船只适合在近地轨道飞行,所以不适合用来建造未来星际旅行的飞船。为什么呢?因为它的硬度不够,在星际旅行时,飞船的速度是十分惊人的,每秒上百公里时慢的,这时候如果发生了碰撞,钛合金结构的飞船就会立刻解体。因此人类想要进行星际旅行,就必须要找到一种新材料。
在这个背景下,一种具有高导电性、高强度、超轻薄特效的材料诞生了,这种材料就是石墨烯。
比钻石硬20倍的石墨烯!
石墨烯新型这种材料不仅具有钛合金的大部分优点,而且还具有优良的导电性,其密度更是远低于钛合金。因此,石墨烯不仅可以用来制造质量更轻的宇宙飞船外壳,还能用来制作飞船内部的大部分线路和传感器,不仅如此,根据数学计算和实验,科学家们发现石墨烯的硬度是钻石的20倍,这是人类目前能够制造出来的的硬度最强的材料之一,这是目前可以用来制造宇宙飞船的最理想材料之一。
那人类还有更好的材料吗,有的!人类在材料科学的路上从未停止过探索,在石墨烯还未大规模使用的情况下,一种新材料出现了。
梦幻的碳炔
科学家们在实验室内发现了一种新材料——碳炔。这种材料的硬度比石墨烯更大,不仅如此,它还具有石墨烯的全部优点。科学家们相信,碳炔这种材料的硬度理论上能够达到钻石的40倍以上,这是人类材料科学的巅峰之作。
由于其优秀的物理,化学性质,科学家们认为这是未来制造宇宙飞船最理想材料。但是遗憾的是,现在碳炔材料还在试验阶段,还无法大规模量产。而且显而易见的是,制造这种材料的技术是非常困难的,因此其成本非常高。
科学家们估计,现在想要制造出1克碳炔,其成本高达万美元。并且短时间内这个成本都无法得到明显的降低。那么这就意味着用这种材料制造飞船成本非常高。假如一艘飞船上只使用1吨碳炔,那么制造一艘飞船单单使用的碳炔材料费用就需要6万亿美元了,年我国的GDP都只有不到14万亿美元,这是任何一个国家都是无法承受的单价。
这还是算少了的,因为没有任何一艘飞船的重量只有一吨。所以,未来如果人类想要利用碳炔制造宇宙飞船,就必须要大规模地降低碳炔的制造成本。