美國大力發展超音速武器，這種材料是關鍵，已取得突破

對於五角大樓而言，高超音速武器可謂是「當務之急」；

不過在高超音速武器武器的研製方面，美國科學家碰上了難題——這種新型武器的溫度高達17000°，必須要研製恰當的新型材料才能Hold住如此高溫；

最近，美國科學家在納米技術以及碳納米管製造方面的突破為高超音速武器的耐熱層提供了一種新方法。

目前，美國政府正在大力發展高超音速武器，根據美國軍方公開的報道，至少有5中不同的高超音速武器項目正處於開發中。而納米技術正成為研製高超音速武器的一項關鍵技術，其最新的發展能夠使導彈平台以超過5倍音速的速度在大氣層中運行，其中碳納米管方面的突破使其有望成為一種強度高、重量輕且能夠迅速散熱的適用性新材料。

雷神公司的高超音速武器概念圖（圖源：雷神公司）

從本質上來說，高超音速武器是一種以令人難以置信的速度穿越大氣層的武器。高超音速武器的速度起點是5馬赫（時速約6173公里），以這種程度的速度推進物體在空氣中運動會產生一個特別的問題：隨著速度的增加，物體在空氣中的摩擦力也會迅速增加。

這種摩擦會產生驚人的熱量。大名鼎鼎的SR-71黑鳥戰略偵察機（也是有史以來速度最快的有人飛機）的經常會在3馬赫左右的速度飛行，其外殼由此日常運行在500華氏度以上（260攝氏度左右）。誕生在上世紀60年代的X-15火箭式飛機在6馬赫數速度下飛行的時候達到了1200華氏度（約649攝氏度）。如果航空器的速度達到10馬赫數，那麼其表面產生的溫度足以融化世界上任何一種鋼鐵，其溫度將達到驚人的17000華氏度。

1961年11月，加利福尼亞州愛德華茲空軍基地上空，一架B-52的機翼下方掛在著一架X-15火箭飛機，只有B-52飛行到了足夠的高度才能進行X-15的發射試飛（圖源：NASA）

而對於高超音速武器來說，其飛行速度的終極目標將是24馬赫數，其表面的溫度將會多高可想而知。

最早科學家們實從航天器和核彈頭重返大氣層的需求中了解到超音速裝備所需處理的空氣摩擦問題的。不過核彈頭與高超音速武器不同在於，它在敵方目標上空脫軌時，是一個從太空軌道轉移到大氣層中的過程，則會就意味著它只需要暴露在空氣中幾分鐘就能完成其使命，最後撞上目標。而高超音速武器就不同了，它整個飛行過程都在大氣層中，並且會一直暴露在高溫下。

碳納米管的三維圖形示意圖

近期，《DefenseOne》上的一篇文章描述了科學家如何利用碳納米管來解決摩擦發熱的問題。佛羅里達州立大學高性能材料研究所的科學家們正在研究嘗試用這種碳納米管作為高超音速武器的結構材料。碳納米管是一種通過納米技術實現的合成材料，由直徑小至1納米的碳管組成。碳納米管比高鐵更堅固，且能夠實現超高效率的隔熱。最近，研究人員發現將碳納米管浸泡在苯酚中，可以提高其1/6的散熱能力，從而用更少的納米材料實現更強大的能力。

這項研究突破對美軍的高超音速武器意味著什麼？這意味它們的高超音速武器又有了一種更輕、更堅固且更耐熱的新材料，使得這種新裝備能夠更愉快的進行其「大氣層旅行」之路，對於高超音速武器的設計者來說，它們則可以更安全地設計更高速度的飛行，或者在同樣的重量下選擇更厚的材料層來確保高超音速裝備的可靠性。

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