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比钢更牢固且隔热 美借纳米技术攻关高超音速武器

  美国《大众机械》月刊网站11月19日发表凯尔沟上的文章《纳米技术如何帮助美军达到5马赫》,摘编如下:

  美国正大力推进高超音速武器攻关,目前至少有5个不同项目在研。纳米技术正成为其中一项关键技术,碳纳米管则有望成为在高超音速飞行时能迅速散热的坚固而轻巧的材料。

  高超音速武器以惊人的速度穿越大气层,5马赫是这种武器的“速度门槛”。推动一个物体以非常快的速度在空气中穿行会带来一个问题:随着速度加快,物体穿过空气的摩擦力也会增加。

  这种摩擦会产生热量。以3马赫的速度飞行时,SR-71“黑鸟”战略侦察机的蒙皮温度会达到260摄氏度。飞行速度达6马赫时,20世纪60年代的X-15火箭动力试验机需承受约650摄氏度的高温。速度达到10马赫后,高温足以“融化最坚硬的钢铁”。高超音速武器的飞行速度可能达24马赫。(航空界把飞行器高速飞行时所遭遇到的这种高温情况称之为“热障”,本网注)

  由于航天器和核弹头重返大气层所面临的技术挑战,科学家和工程师们知道如何处理传统的空气摩擦问题。但洲际导弹的分导弹头从太空再入大气层并砸向敌人目标时,只会暴露在高温下几分钟。另一方面,高超音速武器在大气层内飞行,整个飞行过程都暴露在高温下。

  “防务一号”网站上的一篇文章描述了科学家是如何利用碳纳米管解决高温问题的。佛罗里达州立大学高性能材料研究所的科学家正在研究将碳纳米管作为高超音速武器的制造材料。碳纳米管是由直径仅一纳米的碳管组成的合成材料,比钢更牢固并能隔热。研究人员发现,将碳纳米管浸泡在苯酚中可以将其散热能力提高六分之一。

  这意味着,能够承受高超音速飞行的高温和压力的材料正在到来。报道认为,高超音速武器的设计者甚至可以通过使用更厚的这种涂层实现更高的速度。