长久以来一直有一个论调,认为中国的基础科学不行,甚至是有些国内的专家都这么说。
而基础科学中被说的最多的就是材料学,比如长时间限制中国航空发动机进步,其实就是没有可以抗高温的材料使用。
普普通通的航空发动机内部的温度都有九百度的高温,现代工业下的航空发动机内的燃烧室更是达到了一千七百度以上。
没有可以持续抗高温的材料,就算是再好的设计,都白搭。
而材料这一关不是一个思路,一个设计,或者是一个思想火花的碰撞就可以得出来的。
如果从材料的研发流程来看,这么说还真就没有错。
比如,一个材料的配方,它不仅仅包含着各种原料的配比,还包括这些原料在什么时间,什么条件下加入等等。
所以一份材料就算是研究出内部的原料配比,也没有办法使用相同的原料制造出一样的材料,哪怕前后差一秒的时间加入,或许出来的材料和想要的材料都天差地别。
而这种配比和条件,都是长年累月的积累之后,被放在数据库中的,使用的时候,只要调取数据库进行比对就可以了。
这就大大的缩减了材料研发的成本和时间。
所以这些数据库非常重要,但中国在材料学领域相对来说起步是比较晚的,那么这种先天的差距,就让材料这个领域落在了国外之后。
看起来这种差距是无法弥补的,毕竟经验的积累是需要时间的,中国在这方面本身就欠缺。
那么中国的材料就不行吗?
不行?这么些年来中国被说不行的事多了去,现在呢?
一项项还不是被拿下?
中国还就在材料领域中有所突破,研发出了高纯度、高强度的超强金属。
这件事,在2022年的三月份被《南华早报》报道了出来,是中科院物质科学院研究出来的。
什么材料呢?
金属钨,高纯度的金属钨。
超强金属钨很多人对金属钨的印象就是,这种金属的熔点非常的高,达到了三千四百多度,还可以拿来做灯泡的灯丝。
之所以灯丝使用金属钨,就是因为灯丝在被点亮之后,温度可以攀升到两千度以上,而钨的耐高温可以很好的抵御这种温度。
其实除了这些,金属钨还有很多特性,比如在常温中它不与空气和水发生反应,甚至不溶于盐酸、硝酸、硫酸以及各种碱溶液,甚至是王水这种强酸,也仅仅是让金属钨的表面发生一些氧化而已。
所以金属钨非常的特殊。
但金属钨也是有缺点的,它的硬度在金属中可以排到第三位,但质地较脆,一旦发生碰撞就非常容易被破坏掉。
这种破坏的过程,就像是陶瓷被撞碎了的感觉。
(注:金刚石的莫氏硬度为10,金属钨的莫氏硬度是7.5,最硬的金属是铬,莫氏硬度为8.5)
当然这个缺点是可以克服的,只要不断的提高金属钨的纯度,那么这种碰撞就会碎裂的情况就会减弱。
但任何事情总是有双面性的,当纯度提高了,一个完全由钨粉构成的金属钨材料的抗拉性却会降低。
在受到拉伸作用的时候,很容易发生开裂或者破裂的情况。
为了得到高纯度,还具备很高抗拉性的金属钨,世界各国的科学家也是煞费苦心,但中国在这方面走在了世界的前列。
这次由中科院研发的高纯度金属钨,抗拉强度甚至达到了1.35千兆帕,这个数据是什么概念呢?
这个抗拉强度达到了一万多公斤。
纯度提高的同时,抗拉性还一点都不弱。
那么中国的科学家又为什么,对这种高纯度的金属钨进行研发呢?是因为中国在研发核聚变的时候,遇到了问题。
核聚变其实就是人造太阳,太阳的温度表面可以达到五千五百万度,核心温度是一千五百万度。
而这种人造太阳的温度至少要在一亿度。
(注:中国将这一温度提高到了一亿两千度和一亿六千度。)
如此高的温度,显然就需要更好的耐高温材料将其束缚起来,才能被使用。
其中托卡马克装置是一个非常好的设备,它不仅可以为等离子体加热,还可以使用磁场将这个温度给装起来。
但问题是磁场确实隔离了这个超高温度,但逸散出来的温度,依然不低,所以还是需要使用材料将这个逸散出来的问题给装起来。
注意,这种逸散不是说,通过照射的方式逸散出高温。
这个逸散方式有点像太阳风暴。
因为托卡马克装置对于人造太阳的束缚,不是硬性的,再加上被点燃的等离子体是一种很不稳定的流体。
那么这种不稳定的流体,会突然进行加速,在加速的过程中,这些等离子体就会突破磁场束缚,从托卡马克装置中逃离出来,而且这种情况下还携带着光辐射。
那么人造太阳装置就需要在反应炉上做一个内壁,来阻挡这种突然打出来的等离子体。
可以想象的出来这种等离子体的温度是非常的高,比如使用钢材料制作反应炉的内壁,等离子体在触碰到钢材料的瞬间,钢材料就会变成一滩铁水轰然倒塌,糟糕一点的话,甚至还会出现汽化现象。
这种逃离束缚的等离子体并不是说偶然出现,而是不断的出现,这也是为什么人造太阳开机时间是以秒了计算,时间维持不是很长的原因。
而在人类所能触及到的材料中,金属钨是制作这个反应炉内壁的最好材料。
但金属钨有好的一面,就有坏的一面,比如有低温脆性、高温再结晶性、以及辐照脆性等等。
科学家们长时间无法解决这个问题,所以人造太阳进度的推进一直非常的缓慢。
这就是事情具备的两面性,取它好的一面,就要接受它坏的一面,如果不想接受,就只能想办法进行改变。
所以在人造太阳领域中,提高金属钨的低温脆性和高强度就成了科研人员急需破解的难题。
中国科研人员首先破解了这个难题,至于制作这个材料的过程就不写了,毕竟这是非常专业的事情,大部分人都看不明白其中的专业术语。
意外的收获在《特种部队》这部电影中,出现过一种武器,从天空中丢下一根钨棒,而这根钨棒可以将一座城市摧毁。
这种威力巨大的武器,其实就是模仿陨石袭击地面,重力势能转化为巨大的动能,从而释放出巨大的破坏力。
这个看起来似乎可行度非常的高。
其实在2020年的时候,美国的《防务新闻》周刊网站上就报道过,说当时的美国已经开始研发此类武器,名字都取好了叫上帝之杖。
这个计划也很简单,先是在太空中搭建一个平台。
这个平台其实就是两颗卫星构成的,一颗用来进行通信,以及对目标完成锁定的。
另一颗卫星用来搭载钨钛合金金属棒的。
这些钨钛合金金属棒,长六米,直径三十厘米,重量在一百公斤。
使用的时候,其实和发射炮弹的过程差不多,先是使用卫星进行制导,然后使用小型火箭助推器将钨棒瞄准预定目标,进行发射。
所以这根钨钛合金金属棒,相当于一颗导弹,有弹头、有推荐系统、有制导系统,甚至连通信系统都有,破坏力主要来自于弹头。
在这篇报道中,还宣传美国防务部要在2025年之前完成部署。
不过很多专家将这种武器看做一种鸡肋武器。
因为首先要面对的是高额的费用,至少十亿美元,这笔费用还仅仅是将两颗作为平台的卫星发射到轨道上的费用。
而钨钛合金金属棒,是需要使用航天运输系统进行运输,放到卫星平台上。
那么这个成本要比发射两颗卫星的成本还要高,毕竟航天运输货物的费用是按照重量来计算的。
钨钛合金的密度可不低。
当然钱的问题其实是最简单的问题,只要有,投入就可以了。
最麻烦的问题还是一些技术瓶颈的突破。
比如钨钛合金棒说到底是一颗导弹,那么它的内部是有精密的电子元件的。
当钨钛合金进入到大气层之后,就会和空气产生摩擦,然后温度就会提高。
高温会对内部的电子元件产生破坏,甚至还会对弹体产生磨损。
如果想要用精确制导的话,还要应对大气层对弹体的气流扰动产生的变化,以及大气层空气密度变化导致的偏差。
但速度太快了,还没有尾翼,做起来就会异常的困难。
说到这里,会有一个问题出现。
比如洲际弹道导弹不也是从大气层中往地面上砸的吗?为什么洲际弹道导弹就不怕呢?
洲际弹道导弹的个头相对于这些钨钛合金棒很大的,可以利用的空间也有很多。
而一根直径三十厘米的金属棒,能有什么空间可以利用,在里面装上这些系统,薄薄的金属隔热都是一个问题。
所以这个武器系统听起来不错,但使用起来麻烦还是很多的。
那么把问题转回到中国研发的最强钨金属,它的一大作用就是抗高温,在一亿度的高温下都可以抵挡等离子体的轰击,大气层摩擦也就不是任何问题。
如果这种材料使用到这种武器中,想必会解决很多问题的。