2022年,中科院研发出了一种高强度的纯钨块材。
据说凭借这种材料强大的属性,中国或许可以将美国做梦都想要的“上帝之杖”,变为现实。
上帝之杖到底能不能实现?
“上帝之杖”最早起源于美国的科幻小说,上世纪80年代,美军受此启发率先提出了天基动能武器系统,随着全球其他国家陆续原子弹研发成功,美国的核霸权受到挑战,因此美国提出了这种新型武器。
其组成是两颗位于大约数百英里的地球轨道上的卫星系统, 一颗的用途是通信定位平台,而另外一个是携带大量的钨制重杆负责攻击的卫星,钨棒最长达20英尺,大约6.1米,直径1英尺,约30厘米。
当地面发出攻击命令后,通信平台瞄准目标控制攻击卫星发射钨棒,钨棒含有制导系统,以每秒钟36 000英尺的速度,大约11 000米/秒冲进大气层砸向目标,全程用时不超过15分钟。
具备快速全球打击能力,威力堪比小型核武器,与卫星撞击地球相当,即使目标深埋地下也可以彻底摧毁,而且事后只需再发射一颗装有钨棒的卫星做替代就可继续整体系统的运作。
在这个过程中最关键是钨棒飞行速度接近22倍音速,落地速度在10马赫左右,与空气阻力的剧烈摩擦会导致钨棒汽化,材料耐热要求之高远超超过了在用的所有航空器,因此迟迟不能实施。
但是中国的这种超强纯钨金属,凭借高温下的优异抗拉强度,让依靠动能撞击的纯物理攻击武器成为可能。
高强度钨块体材料问世
科学家通过对钨粉进行快速低温烧结,得到的烧结钨板坯平均晶粒尺寸为8.9 μm,远小于常规的39 μm的商业粗晶钨。再通过高能率锻造,成功制备出兼具室温拉伸塑性和高强度的纯钨块材。
母晶中颗粒达到小于1μm的超细亚晶级别,常温下抗拉强度高达1354 MPa,在100 ℃时,延伸率达4.2%,性能优越,即使在600°高温下,延伸率也可达到10.2%,抗拉强度843MPa,性能表现远高于之前的所有钨金属材料。
这种自主研发的独特材料结构在不添加合金前提下,实现了钨块材低温塑性和高强度协同提升,同时也为制备其他高性能金属及合金提供了研究思路,是我国材料学领域的重大突破,对整个核能研发领域都有着重要的意义,对民用材料科技发展十分重要。
根据我国科学家的估测,长6.1米,0.3米直径的钨棒大约重100kg,以10马赫左右速度砸向地面,其能量相当于11.5吨TNT爆炸,远比不上常规导弹爆炸威力,实用性和性价比过低。
因此专家通过密度和体积推断重量应该在9吨左右比较合理,但是即使这样,能量也就120吨TNT爆炸,和核弹威力相比还是相差太多。
导弹有制导系统,可以360度追踪目标,而钨棒从太空释放,只能向着目标直线运动,拦截难度大大降低,极有可能导致无法发挥全部威力,目标没有有效摧毁。
按照军事理论,钻地弹的最大钻地深度约为弹体长度的8倍,照此推算,6米的钨棒最多能穿透50米的钢筋混凝土,与其设计中预计的百米深度相差很大。
目前的常规钻地导弹都能达到50米深度,而钻地导弹还会在头部填充炸药,利用爆炸杀伤目标,效果强于单纯依靠动能杀伤的上帝之杖。
此外,卫星在距离地面数万米的近地轨道,绕地球一圈要一百多分钟,如果目标在它轨道很远的地方,只能依靠地球自转和它围绕地球的公转缓慢运动接近,时间以天为单位,一旦错过目标,就要再等小到一百分钟,大到数天的时间。
要想维持15分钟打击目标的设想,大约需要6到8套这样的系统,天价费用就不用多说了,洲际导弹飞行命中目标大约需要30分钟左右,这么一看,还是发展洲际导弹性价比更高。
这还没有计算超强金属钨棒材料的造价,后期系统维护保养替换费用,因此上帝之杖离真正实现还有很长的路要走,但是这种设想还是很有前瞻性的,单纯利用动能低碳环保,说不好将来还是能实现的。
前景广阔
2022年全球钨资源储量约为380万吨,中国钨资源储量达180万吨,位居全球首位。
虽然上帝之杖还遥远,但是超强纯钨材料在国民经济领域应用诸多,机械加工中的硬质钨合金刀片,电力能源中的钨基复合材料,钢铁行业中的钨合金模具、医疗器械中的γ射线刀,石油化工中钨合金钻头,电气工业中的电热加工材料……。
尤其在高端核能材料领域表现最为突出,核聚变过程中,会释放大量的高热流和多种强粒子流,辐射强度很大,要求反应堆内壁材料具有高导热、高温强度高,能克服耐等离子体刻蚀和低中子辐照脆化与活性等问题。
而钨熔点为3410℃,是地球上耐高温性最好的材料之一,无疑是近五十年来最具有前景的面向等离子体材料。
但是钨存在低温脆性、高温强度低等缺点,因此发展兼具低温韧性和高强度的钨材料一直是核能材料领域至关重要的课题。常规的方式下钨晶粒易粗化,难以细化到微米或亚微米级,不满足时材料性能要求。
尽管专家们多次尝试加入其他金属制做钨合金来克服这个问题,但是效果都不能令人满意,直到最强金属的横空出世,超强地纯钨材料无疑是最佳的核能防护材料,一举奠定我国在世界聚变堆应用材料领域的头部地位,意义非凡。
结语
尽管我国的钨矿储量丰富,但是依然架不住国内庞大的产能消耗,因此钨资源的高效应用一直是热门科研,超强钨金属的问世无疑是好的开头,相信随着科技的进步,高端领域的钨突破将越来越多。
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