|
你能想象未來的飛船嗎？
（2005年08月20日 20:48:43）
|
|
|
□作者:
[1]
2004年6用16日，你對銷售人員說︰“我正在尋找的是這樣一種小汽車，裝滿油最少能夠行駛20000千米，能夠自動修復，行駛速度為每小時800千米，而重量只有幾百千克。”
在他呆站在那兒，瞪大眼楮時，你又說︰“哦，還有，我只花其他汽車費用的四分之一。”
像這樣的要求肯定會令你捧腹大笑，但在很多情況下，這種夢想中的汽車是對宇宙飛船的一種隱喻，我們需要它們去拓展我們在今後幾十年內對太陽系的探測。這些新型宇宙飛船需要更快、更輕、更便宜、更具可靠性、更耐用，以及更多功能。
不可能吧？在你回答之前，想象一下，在200年前，如果一個人想問一個牛仔買一匹馬，這匹馬每小時最快能跑160千米，能夠馱載他的全家和所有人的行李，同時能夠給他唱他喜歡的歌兒，這個牛仔會做何反應？今天我們把這種“馬”稱為小型貨車。
技術革命——像工業革命用汽車替代馬匹一樣——能夠使今天看來不可能的事情成為明天很普通的事情。
現在就正發生著這樣的一場革命，我們這個年代發展最為迅速的三相科學——生物技術、納米技術和信息技術——使科學家們能夠在分子層畫上對事物進行空前的控制。隨著這種知識黃金沖擊，出現了一些具有驚人特性的新型材料，這些特點听起來更像在科幻小說中，而不是在實驗室的工作台上。
例如，想象有這麼一種物質，強度是鋼的100倍，而重只有鋼的1／6；被刺破後能夠快速痊愈的材料；能夠感覺到壓在它們上面的力量的表面；像分子一樣微小的電線和電器件；產生和貯存電能的結構材料；能夠隨意快速轉為固體且回復原狀的液體。所有這些材料今天都存在……還有更多正在研制。
手里擁有這些令人難以置信的材料，建造更優質的宇宙飛船看起來不太遙遠了。
重量等于金錢
下一代宇宙飛船所面臨的挑戰關鍵在于幾個主要問題，當然首先也是最重要的是成本。
美國宇航局的“下一個十年計劃組革命性宇宙飛船技術”經理馬茲威爾博士說︰“即使今天解決了所有的技術難題，探測我們的太陽系仍然需要費用合理可行。”
降低宇宙飛船成本主要意味著降低質量。每減少一千克即意味著節省克服地球重力的推動力的一千克。輕型宇宙飛船會有較小的更高效的發動機和較少的燃料。這就節約了更多的質量，也就創造了質量儲蓄和降低成本的良性循環。
挑戰在于在增加安全性、可靠性和功能性的同時要削減質量。科學家們正在研究有助于宇宙飛船變得細長的新技術。比如，輕薄材質——那種超薄膠片——可能會被用于天線或光電面板，取代今天使用的較大元器件，或者甚至用于廣袤的太陽系航行，在每平米僅集中4到6克質量時提供推進力。
合成材料，像用于碳縴維網球拍和高爾夫球桿的那些材質，在設計宇宙飛船時已經很大程度地幫助減輕了質量，並且沒有減損強度。但是，一種被稱之為“碳納米管”的新式碳戲劇性地改進了合成物︰質量為鋼3或4倍的最好的合成物——納米管的強度是鋼的600倍！
“這種卓越的強度表現來自于納米管的分子結構”，美國宇航局的優質結構和材料中心的Langley研究中心首席科學家丹尼斯•布什奈爾解釋道。它們看起來有些像雞肉絲卷進了圓桶內，帶著在六邊形每一隅座落的碳原子。
納米管大約寬1.2到1.4毫微米（一毫微米等于十億分之一米），僅為碳原子半徑的十倍。納米管于1991年才被發現，但科學界的濃厚興趣卻已經使我們創造和利用納米管的能力得到大幅提高。僅2到3年前，做出的最長的納米管大約是1000毫微米（1微米）。今天，科學家能夠把管子的長度增加到2億毫微米（20厘米）。布什奈爾提醒到，全世界最少有56個實驗室正努力工作以大量生產這種微型管。
布什奈爾說︰“發展獲得長足進步，所以可能使運用納米管的大量材質出現，但我們目前還不知道這種600倍于鋼強度的物質在大量使用時的質屋會是多少。不過，納米管仍然是我們最好的期待。”
除了很強的硬度之外，納米管還可能在宇宙飛船的減重計劃中扮演重要角色︰所用材料能夠具備多種功能。
“我們過去只是為活動部分建造那些無聲的固定器式結構，如感應器、處理器，”馬茲威爾解釋說，“現在我們不需要那些了，固定器可以成為整個系統中不可或缺的一個活躍組成部分。”
想象一下，如果宇宙飛船的船體還能夠貯存電能擺脫沉重的電池，或者表面可以自行彎曲排除獨立傳動器，或者線路可以直接植入宇宙飛船的船體之內。如果材料能夠在分子規模上進行設計，那麼這種整體結構就有可能成為現實。
宇宙飛船外殼
人類甚至可以感受到在他們身體任何一個地方最輕的針刺，這是一種有些驚人的自我警覺系統——可能是因為你的皮膚包含數以百萬計的精微神經末梢以及將那些信號傳至大腦的神經。
同樣，構成宇宙飛船關鍵系統的材料能夠與精確至毫微米的感應器一起植入飛船，這樣就能夠持續監控材料的狀態。如果某個部分失去作用——即“感覺不好”——這些感應器可以在悲劇發生之前向中央計算機發出警告。
分子線能夠將所有這些感應器的信號傳送到中央計算機，可以避免使用數以百計的大量電線。納米管又可能擔當此任。從方便角度來講，納米管可以用作導體或半導體，視其制造方法而定。科學家們已經從其它拉長分子中制作出分子線，其中有些甚至被自然地裝配為有用配置。
你的皮膚還可自愈。無論你是否相信，有些尖端材料也同樣能做到。自愈材料由一種稱之為離聚物的長鏈分子制成，對尖銳目標產生反應，比如從後面接近的子彈。宇宙飛船可以使用這種外殼，因為太空里充滿了微小顆粒——來自彗星和小行星的高速運動的微小殘骸。如果其中的一粒——鵝卵石大小的物體刺破飛船的甲體，這種自愈材料可以便船艙繼續保持密封。
回家的人們
令人南以置信的高級材料也能在地球上便宜獲取。美國宇航局的科學家們認為，這種基礎科學還可應用于許多其他領域。可能會有數以百萬計的軍用技術轉為民用頂目。
但目前大多數高級材質還缺乏優質強力產品所需要的工藝，我們只能等待。
轉載文章請首先閱讀有關轉載說明
文章作者:
責任編輯:skylook
|
|
[1]
|
上一篇︰初次登上火星
下一篇︰地球磁場即將反轉？
|
 收藏到網摘:
|
 相關信息:
|
文章評論(0):
-
（ - ）
|
|
|
|
|
系統菜單 |
|
|
|
系統登錄 |
|
|
|
企業合作 |
|
|
|
