如何让浪漫的真空飞艇飞上天?

大科技大科技 大科技 2022-09-23 1565 0

这听起来像是科幻,但我们可能终于有了让真空飞艇升空的技术。

1670年,意大利数学家弗朗西斯科·拉纳出版了一本小册子。在小册子里,他描述了他的各种发明,其中包括一艘可在空中航行的“船”。草图中,这是一艘典型的木制帆船,只不过它悬挂在4个巨大的铜球下面;每个铜球内部都已经抽成真空,所以比空气轻,可以提供升力。

如何让浪漫的真空飞艇飞上天?

这个设想自然是没有成功。因为要想让铜球浮起来,外壳要敲得极薄极薄才行,当时的技术根本做不到;再说,即使造出来,一抽真空,铜球也会很快被外部空气压力压扁。

但是现在,人们对这一设想重新产生了兴趣。这一次,我们可能终于有了制造真空飞艇并使它升空的办法了。

氦气艇的缺陷

当然,要说飞艇,那早就有了,现在也还在有些地方使用。最早的飞艇是充氢气的,氢气艇的鼎盛时期是1920年代,当时著名的齐柏林飞艇,吊篮里设有一个餐厅和多个带床的居住舱,载着乘客穿越大西洋,好不风光。

这一黄金岁月在1937年的一场灾难中戛然而止,那年兴登堡号飞艇在美国新泽西州失火坠毁,36名乘客死亡。但尽管如此,人类的这一乘坐如此优雅的交通工具旅行的梦想,即使在喷气式飞机发明之后,也从未放弃。

飞艇比起喷气式飞机来有几个优点。首先更环保,因为飞艇需要更少的燃料;其次,它们不需要跑道,几乎可以在任何地方垂直起降。

所以,后来又有了充氦气的飞艇。氦气是一种惰性气体,常温下密度仅次于氢气,而且不会燃烧,安全可靠。

但问题是,地球上的氦气供应正日益减少,价格昂贵,无法让氦气艇投入大规模使用。而且,氦气艇维护起来也非常麻烦,因为飞艇上载物或卸下货物之后,必须通过重新压缩一些氦气来控制浮力。这就需要像阀门和加压储物舱这样的装置,而部件越多,可能出问题的地方也就越多。

新版的真空飞艇

真空飞艇就不存在这样的问题。卸货之后,只要打开阀门,让空气进来,额外的升力就会被平衡掉。如果想飞,就再抽空气,可以瞬间就产生升力。所以,只要我们能造出真空飞艇,相比氦气艇,那是非常实用和廉价的。

不过,制造真空飞艇又谈何容易呢!由于真空飞艇没有气体填充,外壳就要承受巨大的空气压力,这就需要把外壳做得极其牢固、坚实;但如果这样,恐怕外壳本身就已经相当沉重,即便内部抽成真空,也无法将其抬升起来了。一些人寄希望于那些轻而超强的碳基材料,如石墨烯和碳纳米管,但这些材料目前还处于实验室阶段,无法大规模生产。

美国麻省理工学院的本·杰内特相信,他已经找到了另一个解决方案。

他设计了一种轻量级的“晶格材料”。这种材料将微小的杆状支柱组装成具有巨大硬度和强度的框架。这与起重机和埃菲尔铁塔中常见的三角形桁架结构背后的原理相同。杰内特的支柱连接起来形成八面体的单元,8个三角形面可以根据需要继续往外扩展。它们非常轻,同时强度又非常大。一块1000立方厘米的这种格子材料,重不到6克,大约仅相当于一个小草莓的重量。

计算表明,即使用目前可用的材料制造这样的“晶格”,飞艇外壳厚度只需要球体(假设飞艇是球形的)半径的十分之一,就能承受大气压力而不会被压扁。当然,装配这样一个飞艇外壳,需要数以万计这样的“晶格”,工程量浩大;但没关系,我们可以把任务交付给小型机器人来完成。外壳框架搭好后,还需要覆盖一层薄薄的、不透水的皮膜,这会增加一点重量,但对升空影响不大。

飞艇时代即将回归

如果你仅让飞艇升到一定的高度后再抽成真空,挑战的难度还可以降低。因为到高空后再抽成真空,外界气压较低,对建造飞艇外壳材料的强度的要求也可以降低。

你或许会问,没抽真空之前,飞艇如何升上去呢?一种办法是先充用太阳光加热的热空气,升到指定高度后,再开始抽真空,让飞艇继续上升。当到达2万米的高度,飞艇内只需接近真空(不需要真空度很高),产生的升力就足可保证它平稳飞行。

如何让浪漫的真空飞艇飞上天?

杰内特设计的轻型晶格材料(一个单元)

目前,杰内特的设想得到了美国宇航局的支持。因为后者也在考虑,为了未来人类在太空居住,制造可快速组装的抗压外壳。

飞艇的货运前景十分被看好。许多人相信,尽管真空飞艇目前依然还是空中楼阁,但飞艇时代的回归只是个时间问题。

那么载人的客运呢?与喷气式飞机相比,飞艇的飞行速度太慢了,在长途旅行中恐怕很难找到市场——除非是满足一些人的好奇心和追求浪漫的心理。不过,对于短途旅行,飞艇似乎也有竞争力。因为人们去几百千米以内的地方,一般会选择乘火车或汽车,而飞艇的速度与两者相当,且不用绕弯路。此外,飞艇很适合取代渡轮,在岛屿之间运行。

老实说,谁不想乘坐飞艇,俯瞰底下的美景,来一次这样的浪漫之旅呢?

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