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如何讓浪漫的真空飛艇飛上天?
如何讓鞭炮飛上天
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如何讓浪漫的真空飛艇飛上天?
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如何讓浪漫的真空飛艇飛上天?
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這聽起來像是科幻,但我們可能終於有了讓真空飛艇升空的技術。
1670年,義大利數學家弗朗西斯科·拉納出版了一本小冊子。在小冊子裡,他描述了他的各種發明,其中包括一艘可在空中航行的“船”。草圖中,這是一艘典型的木製帆船,只不過它懸掛在4個巨大的銅球下面;每個銅球內部都已經抽成真空,所以比空氣輕,可以提供升力。
這個設想自然是沒有成功。因為要想讓銅球浮起來,外殼要敲得極薄極薄才行,當時的技術根本做不到;再說,即使造出來,一抽真空,銅球也會很快被外部空氣壓力壓扁。
但是現在,人們對這一設想重新產生了興趣。這一次,我們可能終於有了製造真空飛艇並使它升空的辦法了。
氦氣艇的缺陷
當然,要說飛艇,那早就有了,現在也還在有些地方使用。最早的飛艇是充氫氣的,氫氣艇的鼎盛時期是1920年代,當時著名的齊柏林飛艇,吊籃裡設有一個餐廳和多個帶床的居住艙,載著乘客穿越大西洋,好不風光。
這一黃金歲月在1937年的一場災難中戛然而止,那年興登堡號飛艇在美國新澤西州失火墜毀,36名乘客死亡。但儘管如此,人類的這一乘坐如此優雅的交通工具旅行的夢想,即使在噴氣式飛機發明之後,也從未放棄。
飛艇比起噴氣式飛機來有幾個優點。首先更環保,因為飛艇需要更少的燃料;其次,它們不需要跑道,幾乎可以在任何地方垂直起降。
所以,後來又有了充氦氣的飛艇。氦氣是一種惰性氣體,常溫下密度僅次於氫氣,而且不會燃燒,安全可靠。
但問題是,地球上的氦氣供應正日益減少,價格昂貴,無法讓氦氣艇投入大規模使用。而且,氦氣艇維護起來也非常麻煩,因為飛艇上載物或卸下貨物之後,必須透過重新壓縮一些氦氣來控制浮力。這就需要像閥門和加壓儲物艙這樣的裝置,而部件越多,可能出問題的地方也就越多。
新版的真空飛艇
真空飛艇就不存在這樣的問題。卸貨之後,只要開啟閥門,讓空氣進來,額外的升力就會被平衡掉。如果想飛,就再抽空氣,可以瞬間就產生升力。所以,只要我們能造出真空飛艇,相比氦氣艇,那是非常實用和廉價的。
不過,製造真空飛艇又談何容易呢!由於真空飛艇沒有氣體填充,外殼就要承受巨大的空氣壓力,這就需要把外殼做得極其牢固、堅實;但如果這樣,恐怕外殼本身就已經相當沉重,即便內部抽成真空,也無法將其抬升起來了。一些人寄希望於那些輕而超強的碳基材料,如石墨烯和碳奈米管,但這些材料目前還處於實驗室階段,無法大規模生產。
美國麻省理工學院的本·傑內特相信,他已經找到了另一個解決方案。
他設計了一種輕量級的“晶格材料”。這種材料將微小的桿狀支柱組裝成具有巨大硬度和強度的框架。這與起重機和埃菲爾鐵塔中常見的三角形桁架結構背後的原理相同。傑內特的支柱連線起來形成八面體的單元,8個三角形面可以根據需要繼續往外擴充套件。它們非常輕,同時強度又非常大。一塊1000立方厘米的這種格子材料,重不到6克,大約僅相當於一個小草莓的重量。
計算表明,即使用目前可用的材料製造這樣的“晶格”,飛艇外殼厚度只需要球體(假設飛艇是球形的)半徑的十分之一,就能承受大氣壓力而不會被壓扁。當然,裝配這樣一個飛艇外殼,需要數以萬計這樣的“晶格”,工程量浩大;但沒關係,我們可以把任務交付給小型機器人來完成。外殼框架搭好後,還需要覆蓋一層薄薄的、不透水的皮膜,這會增加一點重量,但對升空影響不大。
飛艇時代即將回歸
如果你僅讓飛艇升到一定的高度後再抽成真空,挑戰的難度還可以降低。因為到高空後再抽成真空,外界氣壓較低,對建造飛艇外殼材料的強度的要求也可以降低。
你或許會問,沒抽真空之前,飛艇如何升上去呢?一種辦法是先充用太陽光加熱的熱空氣,升到指定高度後,再開始抽真空,讓飛艇繼續上升。當到達2萬米的高度,飛艇內只需接近真空(不需要真空度很高),產生的升力就足可保證它平穩飛行。
傑內特設計的輕型晶格材料(一個單元)
目前,傑內特的設想得到了美國宇航局的支援。因為後者也在考慮,為了未來人類在太空居住,製造可快速組裝的抗壓外殼。
飛艇的貨運前景十分被看好。許多人相信,儘管真空飛艇目前依然還是空中樓閣,但飛艇時代的迴歸只是個時間問題。
那麼載人的客運呢?與噴氣式飛機相比,飛艇的飛行速度太慢了,在長途旅行中恐怕很難找到市場——除非是滿足一些人的好奇心和追求浪漫的心理。不過,對於短途旅行,飛艇似乎也有競爭力。因為人們去幾百千米以內的地方,一般會選擇乘火車或汽車,而飛艇的速度與兩者相當,且不用繞彎路。此外,飛艇很適合取代渡輪,在島嶼之間執行。
老實說,誰不想乘坐飛艇,俯瞰底下的美景,來一次這樣的浪漫之旅呢?
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