近日，韓國一篇論文聲稱發現了世界上首種常溫超導材料，引發大眾關注。如果無視網絡上的種種喧囂，我們不妨弄清楚3個問題：什么是超導和常溫超導？為了獲取相關成就，科研人員需要攻克哪些技術難關？如果常溫超導成真，在航天領域可能具備怎樣的應用前景呢？

神奇背后限制重重

討論常溫超導之前，我們有必要理解超導的概念。所謂“超導”，就是電流能夠不受阻礙地流經導體，并產生強大的磁場。超導在日常生活中最常見的應用場景應該是醫院的核磁共振儀，其最核心組件是由鈮鈦合金絲繞制的線圈。

不過，材料想達到超導狀態，在傳統上需要使用大量液氦和低溫制冷機，冷卻到零下264攝氏度左右，無疑會付出極大的代價，包括巨大能耗、液氦的昂貴成本和復雜的結構等。近年來，隨著材料技術進步，一些在液氮溫區（約零下196攝氏度）甚至更高溫區下就能展現超導特性的材料不斷被發現、改良，但距離室內常溫還很遙遠。

航天電磁發射裝置想象圖

超導研究是20世紀材料學的前沿領域。1908年，液氦制取成功，沸點約為零下269攝氏度，為超導研究奠定了基礎條件。1911年，科研人員發現，在液氦環境的極低溫度下，水銀的電阻突然消失了。這被認為是超導研究的“起點”。1933年，德國物理學家邁斯納和奧森菲爾德認識到，只要材料溫度低于超導臨界溫度，其內部的磁感應強度總和就為零，即具有完全抗磁性。這就是超導的檢驗標準“邁納斯效應”。

那么低溫超導是如何產生的呢？答案蘊含在精妙的微觀世界中。

經典理論認為，電阻是電子在導線中碰撞、受阻所致。

然而，在超導材料中，電子會結成一對一對的所謂“庫珀對”，就像舞蹈一樣，迅速避開阻礙，實現電流的零電阻傳輸。這種奇妙的現象被認為是由材料晶體內部原子的振動引發的，也就是由巴丁、庫珀、施瑞弗共同提出的“BCS理論”。

然而，受限于液氦等極低溫條件，超導長期難以在大規模工程中廣泛應用，也促使科研人員對“高溫”超導的研究投入了巨大的熱情。1986年，科學家們驚喜地發現，釔鋇銅氧化物、鉍系材料等在相對較高的液氮溫區下仍然能夠表現出超導現象。這意味著，可以將獲取更簡便、成本更低廉的液氮作為超導冷卻劑。

這個突破為超導的實際應用提供了更廣闊的“舞臺”，也為許多大科學裝置的建設提供了有力保障。比如，“東方超環”和國際熱核聚變實驗堆等設施都應用了新型超導電纜，有效降低了制冷系統的功率需求。

但“高溫”超導研究當前似乎遇到了“理論滯后于現實”的困境。科學家們一直在努力探索其中的奧秘，至今仍未完全揭示其具體原理，基本上停留在假說階段。例如，一些學者認為，電子之間復雜的相互作用、新的凝聚態現象等或許是“高溫”超導誕生的主要原因。

不難看出，超導研究領域的所謂“高溫”仍然不是大眾日常能夠體驗到的，那么在室溫條件下獲得超導更是困難重重。

航天應用前景無限

航天是利用速度擺脫星球引力束縛、探索并開發浩瀚太空的偉大事業。而最經典的航天器運載工具就是火箭，一般利用燃料燃燒產生的高溫高速噴流，產生強大的反作用力，將載荷不斷加速、抬升，直到飛出大氣層。

但現有的火箭大多數是從地面發射架上直接起飛，為了加速飛離空氣稠密阻力大的對流層，需要消耗大量燃料，這也意味著火箭會損失許多寶貴的運力。

為了解決這個問題，航天發射機構提出了五花八門的創新方案，包括飛機掛載火箭空中發射、巨型飛艇和氣球提升火箭到高空發射、離心機甩出火箭發射等。

比如，美國飛馬座空射火箭在1990年成功入軌，在發射前會被懸掛在經過特別改裝的客機機腹下。載機在13000米左右高度以0.8馬赫平飛時，火箭被投放，隨后點燃第一級固體發動機，加速爬升。

但這些發射方式都存在一些弊端，尤其是飛機等平臺的運作維護成本不低，運輸能力有限，一般只能發射小型火箭，入軌運力不足。例如，飛馬座火箭的700公里太陽同步軌道運力僅有200公斤出頭，只能投送小型載荷入軌，單位發射成本要高于很多地面發射的大中型火箭，因此飛馬座火箭乃至后續的空射火箭規?；瘧檬冀K困難重重。

不過，一旦常溫超導材料問世并成功實用化，航天發射史有望“翻開全新的一頁”。比如，科研人員和工程師可以借鑒磁懸浮列車和電磁彈射器的原理，構建起一種新概念航天發射裝置，其結構類似于一條垂直于地面的磁懸浮列車軌道。

屆時，在矗立的發射塔上，懸浮線圈負責維持火箭的發射方向，并避免火箭與軌道發生摩擦而產生阻力，加速線圈則為火箭提供強大的起飛推力，幫助它盡快沖出空氣稠密的近地高度。當火箭被發射裝置充分加速并沖出對流層后，再點燃第一級發動機，繼續加速爬升，最終入軌。

相比空中發射，這種發射方式基本上僅消耗電力，而且由于常溫超導材料不需要配備復雜的冷卻系統，發射裝置的規?？梢宰龅煤艽螅虼擞型麑⒏氐妮d荷送入軌道，單位發射成本也會顯著降低，很可能催生出更大的航天器組合體和全新的太空活動形態。

除了航天發射領域外，常溫超導材料在衛星、宇宙飛船等航天器上也具有廣泛的應用前景。

例如，在航天器設計過程中，需要對電子設備和敏感儀器采取合適的屏蔽手段，保護它們免受外界磁場干擾。常溫超導將是磁屏蔽裝置的完美材料，只需制成殼體，再將對磁場敏感的儀器設備放入其中，就可以在內部形成一個穩定的磁場屏蔽區域。

此外，常溫超導材料如果用于制造導線，替代航天器內部的傳統金屬導線，不僅有望降低電功耗，還能顯著減少熱量，從而簡化供電和溫控系統的設計，助力新型衛星性能更強大、結構更輕巧。

總之，超導技術在短短幾十年內取得了巨大的進展，為人類追尋美好生活、探索未知世界帶來了全新的可能?？蒲腥藛T對超導的研究和實驗不斷深入，一直在不懈地探索和挑戰著物質的極限。而航天作為眾多最前沿科技的優先應用領域，未來常溫超導也一旦成真，必將在此大放異彩，幫助人類進一步探索和開發浩瀚蒼穹。