气凝胶打开火星居住的钥匙,推动人类文

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过去几年对航天工业来说是激动人心的时期。随着火箭发射价格持续下降，太空商业化、太阳系探索和星际旅行的潜力空前巨大。最激动人心的项目之一是SpaceX的火星之旅。有了新技术，他们将有能力在未来十年内发射飞船，人类将首次前往另一个星球。但然后呢？一旦我们能到达那里，下一步是什么？要成为真正的星际物种，我们必须能够生活在火星上，目前还没有人能解决火星上的居住问题。缺乏可呼吸的空气、寒冷的温度、无法获得液态水以及来自太阳的有害辐射都是建立居所的重要障碍。在短期内住在胶囊里是必要的，但是为了可持续的火星居住，这些解决方案并不是长久之计。此外，改变气候和改造火星的过程将花费数千年，这是不可行的。相反，需要一个中间解决方案。利用温室一个解决方案是建造大规模的温室，综合复制地球环境的条件，同时保护自己不受火星恶劣条件的影响。原则上这一概念是可行的，但在火星上使用温室效应是非常困难的。地球上的温室是有效的，因为玻璃能够有效地捕捉太阳辐射的热量，特别是由于温室内外的温度差异不是太大。然而，在火星表面温度低于-50摄氏度的地方，玻璃并不是足够好的隔热材料来保持适宜居住的温度。另一个挑战是，火星从太阳获得的能量平均比地球少57%。由于太阳能是如此稀缺，我们根本负担不起让热量从温室的玻璃中流失。为了真正利用温室效应，我们需要一种更好的绝热体并且能让阳光通过。像这样的突破将是对火星居住的目标的巨大贡献。一个比较可靠的解决方案大约年，一种解决这一问题的关键材料被发明出来，近年来慢慢被重视。气凝胶是有史以来最轻的固体。除了其令人难以置信的轻重量，它是最好的热和声音绝缘体之一，同时也允许光通过。这种材料是由一种类似于果冻的醇基凝胶制成的，果冻是一种充满气孔的固体结构，里面充满了液体。通过用气体代替液体，留下了固体纳米结构，其中包含一个复杂的充满空气的微孔网络。超绝热性能这些微孔就是隔热性能的来源。当空气粒子升温时，它们会变得活跃，并以更大的能量四处移动。这些微孔的复杂性使得被激发的粒子根本无法通过，这意味着几乎没有热量被传导。为了理解这一效果，让我们将米短跑比作完成一个迷宫。大多数材料类似于米短跑，因为从一端到另一端几乎没有任何障碍。你的能量和速度越大，你到达终点的时间就越短。相反，气凝胶是独特的，因为它就像一个迷宫。有一个复杂的网络障碍，阻碍了粒子的流动。由于迷宫如此复杂，要到达另一边几乎是不可能的。由于这种结构和由此产生的独特性能，气凝胶被认为是一种超级隔热材料，有能力重塑地球和其他地方的热守恒。改变世界气凝胶有潜力成为地球上众多行业的“破坏者”，并能显著降低能源消耗、碳排放和成本。一些潜在的行业包括：航空旅行：极轻的重量加上隔热和隔音性能有可能提高飞机的质量，同时每年节省数亿美元的燃料成本。窗户隔热：由于窗户效率低下，建筑物失去了30%的供热/制冷。气凝胶作为一种窗口绝缘体，其效率是领先标准的12倍以上，可以彻底改变这一行业。冷藏车：气凝胶作为一种有效的轻质绝缘体，可以替代或补充现有的绝缘材料，同时又不影响车辆的燃油经济性。气凝胶比领先的标准更有效率，仅在这个行业每年就可以减少万吨的碳排放。涂层：轻量化，紧凑和高效的涂层是可能的与气凝胶。卫星：太空中的电路必须保持稳定的温度才能运行。气凝胶体积小，重量轻，因此不会影响发射成本。同样，它在极端温度下也非常有效。实现的障碍不幸的是，像大多数革命性的技术一样，生产和规模带来了巨大的成本。这些巨大的成本来自于用气体代替孔隙中的液体的过程。直觉上，人们可能会想到蒸发液体。然而，这导致了所谓的毛细作用，使材料坍塌。相反，必须进行一个更复杂的过程，用液体二氧化碳来代替充满气孔的酒精。然后它被加热和加压到一个“超临界点”。在这一点上，结构内的二氧化碳同时具有液体和气体的性质，因此气体可以适当地填充孔隙。这个过程必须在严格控制的条件下进行，类似于高压锅，它是能源密集型的，极大地限制了规模。此外，准备工作是极其劳力密集的，必须监测这一进程。未来为了使气凝胶成为经济上可行的材料，必须创新新的生产技术，使该过程可以在环境条件(室温和大气压)下进行，以提高规模和降低成本。近年来，气凝胶技术的发展突飞猛进，很快，气凝胶的生产手段将得到大规模的应用。随着气凝胶生产能力的提高，人类可以利用其能力改变世界，并努力达到新的前沿。火星的未来气凝胶是人类在火星上长寿的秘诀，也是可持续居住的重要组成部分。温室不仅为居民创造了一个避难所，而且有能力加速地化过程。当这些温室内的温度开始上升时，火星会变暖，释放出储存在冰下的水和气体。随着更多的气体被释放，大气层将慢慢开始形成，并在全球范围内创造一个自然的温室效应。淡水也将使火星上有生命存在。总的来说，气凝胶有能力在火星上创造一个更好的世界，并引发前所未有的变化，这将有助于在火星上居住。