太空電梯可能是人類衝出地球，走向宇宙的最關鍵工具；而太空電梯的關鍵又是承載電梯的纜繩——必須具備遠超現有任何材料的強度，目前唯一的候選是碳奈米管。清華大學的研究團隊近日宣佈，繼2013年開發出創記錄的50釐米長碳奈米管後，目前他們已將這一世界記錄提高到了70釐米，下一步將開始大規模生產，用於軍事和太空領域。清華大學已為此申請了專利，並將部分研究成果發表在《自然奈米技術》期刊上。

1釐米粗可吊起160頭大象

根據美國宇航局的說法，要建造太空電梯，纜繩必須達到70億帕的抗拉強度。2005年他們曾發起一項全球競賽來開發這種材料，獎金是200萬美元，不過這些獎金最後還是節約歸己了——根本沒有人申請領獎。

碳奈米管的抗拉伸強度是已知材料中最高的，理論上可達3000億帕。清華大學化學工程系教授魏飛領導的這項研究一直領先全球其它團隊，目前已研發出釐米級碳奈米管束，抗拉伸強度已達800億帕，這種材料1立方厘米僅1。6克，卻能吊起800噸的重量而不斷裂，相當於160頭大象用一根指頭粗的繩子就能吊起來了。而且這種碳奈米管管束根數增加，強度也可得到保持，可以說已經取得了革命性的突破。

太空電梯的路仍然漫長

清華大學的研究成果讓我們離太空電梯夢想的實現又近了一小步，但仍然還有很長的路要走。

比如，碳奈米管必須以電纜形式粘合在一起，中間不能有缺陷，否則就會大大影響整體強度，而要實現這種生產非常困難；另外還必須將它從軌道上安全有效地放到地面，因為進入大氣層時會產生大量熱量，很可能將它燒燬，中俄科學家正對此進行研究；在軌道上平衡纜繩的配重也非常大，幾乎需要一顆小行星的重量，這也是非常困難的；還有電梯及纜繩必須進行小心細緻地維護和防護，避免被太空碎片擊中而損壞，否則坍塌到地球上肯定會是一場巨大的災難。

可能改變全球遊戲規則

如此強大而超前的材料當然不止這一種功能，事實上碳奈米管在其它領域，包括運動裝備、航空航天及軍事領域等都有廣泛的應用，甚至可能改變整個世界的遊戲規則。

比如碳奈米管用作太空纜繩可以捕獲敵方的衛星，也可用於軌道炮和鐳射炮等新式武器的高效能儲能和供應系統——這種系統又稱機械電池，可以在真空室中透過磁懸浮將能量儲存在超高速旋轉的飛輪中。材料越輕越結實則旋轉越快，儲能越多，使用碳奈米管飛輪，機械電池的能量密度將是鋰電池的40倍，這意味著特斯拉S型轎車充一次電可行駛16000公里，差不多要環繞半個地球了，這幾乎將宣佈化石燃料發動機的死刑。

太空電梯實際已進入人類的議事日程了，日本上個月在太空首次進行了微型太空電梯實驗，目前實驗結果還沒有出來；中國也在太空進行過繫留實驗，但實驗結果保密，未予公佈。

隨著碳奈米管技術的突破，太空電梯會成為現實嗎？我想恐怕只有科技水平能達到捕獲一顆小行星，並將它移動到地球靜止軌道上，在上面生產碳奈米管纜繩的時候，這個夢想才有實現的可能吧。

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徐德文O戴維科學

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