第13章 科学家们在乌托邦平原发现了锂和钛

　　科学家们乘坐火星漫游”小轿车来到火星乌托邦平原南部地带，开始对乌托邦平原进行实地考察。火星南北半球的地形地貌差异巨大，火星南部大部分为高地，而北半球却主要是平原。火星北半球的乌托邦平原是火星上最大的平原，这里地势相对平坦，尤其是这里的海拔很低，达到了将近负4000米。
　　科学家们首先来到大中华共和国的火星探测器“天问一号”着陆地，对这里的地形地貌做实地考察。结果发现，这里的地形比较平缓，由于远处有山地环绕，感觉这里的地形相对的低一些，有点类似地球上的准噶尔盆地。准噶尔盆地位于大中华共和国新疆的北部，是大中华共和国第二大的内陆盆地。它位于阿尔泰山与天山之间，西侧为准噶尔西部山地，东至北塔山麓。盆地呈不规则三角形，地势向西倾斜，盆地西侧有几处缺口，如额尔齐斯河谷、额敏河谷及阿拉山口，北部的阿尔泰山区盛产黄金。科学家们希望在乌托邦平原也像塔尔西斯高原上那样遍地都是珠宝。
　　果然，当科学家们走出火星车，立即被遍地的岩石碎块所吸引，科学家们看到，在凹凸不平的地面上，到处都散布着岩石碎块。科学家们从地面上拾起岩石碎块，啊，为什么这么轻啊，莫非是锂？锂是地球上最轻的金属啊。科学家们摸出手帕擦去岩石碎块表面的尘埃，果然露出银白色。伟伟拿出微型金属探测仪，把探测仪的针头插入岩石碎块，探测仪显示器立即显示“Lithium”。伟伟非常激动地说：“果然是宝贝，原来这里遍地都是锂！”
　　丰子、凤芝、英子、阿欣、梅梅、雷尔、麦克、梅尔、艾彻斯听说是锂，都围着伟伟观看微型金属探测仪显示器上的显示，果然是“Lithium”。伟伟把这一重大发现告诉其他的考察队员们，一时间，科学家们激动得大声呼唤，火星乌托邦平原热闹起来了。
　　在地球上，最轻的金属是锂。锂是银白色的金属，其密度为0.534克每立方厘米，是所有金属中最轻的一种。它的用途主要用于原子反应堆、制轻合金及电池等。锂和它的化合物并不像其他的碱金属那么典型，因为锂的电荷密度很大，并且有稳定的氦型双电子层，使得锂容易极化其他的分子或离子，自己本身却不容易受到极化。这一点就影响到它和它的化合物的稳定性。
　　由于电极电势最负，锂是已知元素(包括放射性元素)中金属活动性最强的。伟伟等科学家都知道，五百多年以前的2018年8月，大中华共和国科学院国家天文台科研人员为首的团队依托LAMOST发现一颗奇特天体，其锂元素含量约是同类天体的3000倍，是人类已知锂元素丰度最高的恒星。
　　锂与地球人类生活日用息息相关，早在五百多年的21世纪之初，个人携带的笔记本电脑、手机、蓝牙耳机等数码产品中应用的锂离子电池中就含有丰富的锂元素。锂离子电池是高能储存介质，由于锂离子电池的高速发展，衍生带动了锂矿、碳酸锂等公司业务的蓬勃发展。金属锂电池在军用领域也有应用。
　　由于1kg锂燃烧后可释放42998kJ的热量，因此锂是用来作为火箭燃料的最佳金属之一。1kg锂通过热核反应放出的能量相当于二万多吨优质煤的燃烧。若用锂或锂的化合物制成固体燃料来代替固体推进剂，用作火箭、导弹、宇宙飞船的推动力，不仅能量高、燃速大，而且有极高的比冲量，火箭的有效载荷直接取决于比冲量的大小。
　　真正使锂成为举世瞩目的金属，还是在它的优异的核性能被发现之后。由于它在原子能工业上的独特性能，人称它为"高能金属"。
　　锂电池是二十世纪三、四十年代才研制开发的优质能源，它以开路电压高，比能量高，工作温度范围宽，放电平衡，自放电子等优点，已被广泛应用于各种领域，是很有前途的动力电池。用锂电池发电来开动汽车，行车费只有普通汽油发动机车的1/3。由锂制取氚，用来发动原子电池组，中间不需要充电，可连续工作20年。要解决汽车的用油危机和排气污染，重要途径之一就是发展向锂电池这样的新型电池。
　　由于锂有如此重大的作用，地球上的人类都把锂作为制造航天器的优质材料。现在火星上有这么多锂，看来以后要大力发展火星的航天事业，这些锂一定会发挥重大作用。
　　科学家们正在议论锂的重要作用，凤芝又拿起一块碎石块仔细端详起来，伟伟问：“风芝，看你那神态，莫非又发现什么宝贝了？”
　　风芝说：“我怀疑这块碎石是钛，等我测测再说。”风芝拿出微型金属探测仪，把探测仪的针头插入岩石碎块，探测仪显示器立即显示“Ti”，风芝跟伟伟同时惊喜道：“果然又是宝贝！”
　　丰子等科学家听伟伟和凤芝说又发现了宝贝，也一齐凑过来，只听到凤芝以饱含深情地在自言自语：“钛啊，在地球上要得到一块钛是多么的不容易啊！现在又在火星上发现了，以后在火星上发展航天事业，用不着从地球上运来锂和钛了，重大发现啊！我的宝贝！”
　　人类在20世纪开始研制航天器，并且用火箭把航天器送到太空。火箭与航天器都需要特殊材料，航天器所用材料与火箭和飞机的用材大致相同，除了前面说到的锂，主要有钛合金、铝合金、玻璃钢等。
　　人造地球卫星与空间探测器的结构材料大多采用铝合金和镁合金，要求高强度的零部件则采用钛合金和不锈钢。为了提高刚度和减轻重量，科学家们采用高模量石墨纤维增强的新型复合材料。卫星体和仪器设备表面常覆有温控涂层，利用热辐射或热吸收特性来调节温度。航天器上的大面积太阳翼初期为铝合金加筋板或夹层板结构，后来改用石墨纤维复合材料作面板的铝蜂窝夹芯结构，更先进的轻型太阳翼则以石墨纤维复合材料作框架，蒙上聚酰胺薄膜。面积更大的柔性太阳翼全部由薄膜材料制成。大型抛物面天线是卫星的重要组成部分，原来多采用铝合金或玻璃钢制造，但随着天线指向精度的提高，已改用热膨胀系数极小的轻质材料。石墨和芳纶在一定的温度范围内具有负膨胀系数，可通过材料的铺层设计制造出膨胀系数接近于零的复合材料，从而成为制造天线的基本材料。超大型天线需制成可展开的伞状，其骨架由铝合金或复合材料制成，反射面为涂有特殊涂层的聚酯纤维网或镍-铬金属丝网。卫星体内还使用多层材料、工程塑料、玻璃钢等作为隔热材料，用二硫化钼固体润滑剂等作为运动部件的润滑材料，用硅橡胶等作为舱室的密封材料。
　　载人飞船各舱段的结构材料大多是铝合金、镁合金和钛合金。载人舱段的侧壁采取辐射防热措施，外蒙皮为耐高温的镍基合金或铍板，内部结构为耐热钛合金。外蒙皮与内部结构之间填以石英纤维等各种隔热材料。载人舱靠外蒙皮的高辐射特性和隔热层的良好的隔热特性，保持舱内有适宜的工作温度。载人舱的头部经受的热流高，须采用与导弹头部相似的烧蚀材料。
　　航天飞机的轨道器大部分用铝合金制造。支承主发动机的推力结构用钛合金制造；中机身的部分主框采用以硼纤维增强铝合金的金属基复合材料；货舱舱门用石墨纤维增强环氧树脂复合材料作面板的特制纸蜂窝夹层结构。航天飞机使用百次左右，再入大气层时的防热是一个重要的问题，因此使用了各类表面隔热材料，其中主要是新型陶瓷隔热瓦。
　　从以上的资料可以看出，钛是一种极为重要分金属材料。虽然钛作为一种化学元素，在地球表层储量丰富，在地球表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多61倍，在地壳中的含量排第十位（地壳中元素排行：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛），随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，地球上的钛矿储量超过一千万吨，但是钛的提取却很不容易。人类从发现钛元素到制得纯品，历时一百多年。而钛真正得到利用并认识其本身，则是20世纪40年代以后才开始的。
　　1947年，人们才开始在工厂里冶炼钛。当年，产量只有2吨。1955年产量激增到2万吨。1972年，年产量达到了20万吨。钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半，钛虽然稍稍比铝重一点，它的硬度却比铝大2倍。在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。据2020年大中华共和国航天局的统计，当时世界上每年用于宇宙航行的钛已达一千吨以上。极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。
　　如此重要的空间金属，现在在火星上找到了，科学家们为什么不高兴呢？伟伟要求科学家们继续寻找，看是不是能够在火星上找到铝、镁、镍、石墨等航天器材料。