“燧石”中心,材料超算模拟大厅。
空气里弥漫着一种混合了期待与紧张的寂静。巨大的环形屏幕上,复杂的分子动力学模拟正在以亿倍速进行,无数原子在虚拟的极端环境下(从接近绝对零度的深空寒夜,到重返大气层时数千度的高温炙烤)排列、组合、键合、断裂、再重组。屏幕中央,一个被高度抽象化的、呈现出奇异银灰色光泽与内部复杂多级孔洞结构的材料模型,正在不断优化其微观拓扑。
林枫、严教授,以及“星尘合金”项目组的核心成员,都聚精会神地盯着屏幕。距离“补天-I型”材料攻克仅仅过去数月,但龙芯对高性能航天材料的追求从未止步。“星链”网络的快速扩张、载人登月计划的加速、乃至未来深空探测的远景,都对航天器材料的轻量化、高强度、长寿命和多功能性提出了近乎苛刻的要求。
“星尘合金”,便是“燧石”中心在“补天”成功基础上,结合“能量形态转换”理论研究中获得的一些极端条件材料处理思路,以及林枫从系统“星际舰船材料库”碎片中获得的零星灵感,所确立的下一个战略制高点。
“林总,严老,第七十三版‘星尘-I型’模拟结果出来了。”首席模拟工程师的声音带着一丝激动后的沙哑,“基于‘梯度复合-场稳定’的核心理念,我们引入了从‘灵能转化’项目中获得的‘信息-能量耦合稳定性’参数,对材料的纳米级孔洞结构进行了仿生拓扑优化。模拟显示,在同等强度(抗拉强度≥2.5GPa)要求下,新结构的理论密度可以降至……1.2克/立方厘米!”
1.2克/立方厘米!
这个数字让在场所有人都屏住了呼吸。这是什么概念?顶级航空铝合金的密度大约是2.7,钛合金是4.5。这意味着“星尘合金”在达到甚至超越顶级钛合金强度的同时,重量还不到铝合金的一半!这对于需要将每一克重量都精打细算、送入太空的航天器而言,简直是梦幻般的材料!
“热稳定性呢?抗辐射性能?尤其是长期空间环境下的疲劳和蠕变?”严教授追问,声音有些发颤。
“模拟显示,其多层梯度复合结构能有效分散和耗散热应力,从-270°C到+1200°C范围内,尺寸稳定性极佳。内嵌的‘智能修复相’(借鉴了‘灵枢’仿生皮肤材料的部分思路)在微损伤累积到临界值前可主动触发修复。至于抗辐射,其特殊的纳米孔洞拓扑和表面功能化处理,对高能粒子的屏蔽和能量吸收转化效率,预计比‘补天-I型’提升三倍以上。长期空间疲劳模拟……正在进行,初步数据乐观。”工程师快速汇报着。
“好!好!好!”严教授连说三个好字,布满皱纹的脸上因为激动而泛起红光,“立刻启动第一轮实验室制备!就用我们为‘补天’材料改造的那套多场协同沉积设备,调整参数!”
实验室制备过程同样是一场硬仗。尽管有“补天”材料的经验打底,但“星尘合金”对微观结构的控制精度要求更高,对几种新型添加元素在“场”下的共沉积行为也缺乏经验。第一炉、第二炉……接连五炉样品都在关键的“梯度界面自组装”环节失败,要么界面结合强度不足,要么孔隙结构未能按设计形成。
失败并没有击垮团队,反而激起了更强的斗志。项目组吃住在实验室,一遍遍调整前驱体配比、场强参数、沉积温度曲线。林枫也几乎每天都会来“燧石”中心,不是施加压力,而是与研究人员一起分析数据,从“能量-信息”耦合的角度提供新的调整思路。
第七炉制备,在连续奋战了七十二小时后开始。
总控室内,气氛凝重到极点。所有人都盯着监控屏幕上跳跃的参数和沉积舱内的实时影像。银灰色的材料在精密控制的能量场和物质流中,一层层、原子级地“生长”出来。
“底层高模量支撑层沉积完成,结晶度完美。”
“过渡层开始,引入仿生孔洞模板和智能修复相前驱体……场引导自组装进行中……”
“关键环节!纳米级孔隙拓扑结构正在形成……扫描电镜实时图像显示,孔隙分布与设计吻合度达到91%!”
“表层高强耐磨层沉积……完成!”
当沉积舱的指示灯最终由闪烁转为稳定的绿色时,总控室里没有人欢呼,所有人都像是被抽空了力气,但眼中却燃烧着炽热的火焰。
一块巴掌大小、厚约五毫米、通体呈现细腻银灰色、在灯光下折射出点点星芒(源自其内部的纳米孔隙结构对光的散射)的“星尘-I型”合金板,被小心翼翼地取出。
初步的物理性能测试立刻展开。
密度测量:1.21克/立方厘米!与模拟预测几乎完全一致!
室温拉伸强度:2.48GPa!达到设计目标!
硬度、弹性模量……一项项数据出来,都稳稳地落在甚至超过预期的高位区间。
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