生活中的太空技术

太空技术好像距离我们十分遥远 太空技术好像距离我们十分遥远。但你是否知道，今天现实生活中，貌似高端的太空技术就在你的衣食住行之中。 生活中的太空技术 耳麦 人类的太空探索并不总是一帆风顺，宇航员格里索姆就有过不愉快的经历。1961年，他执行水星时，降落海中的返回舱舱门脱落，开始进水下沉。糟糕的是，格里索姆根本无法求救，因为固定在舱内的通讯设备都泡在水里了…… 经过这场灾难，从事空间技术的工程师们决定给每位宇航员配备独立的救生无线通讯设备，于是研发了可以同时收听并讲话的轻便耳麦——耳机和麦克风的简称。太空环境通讯系统就是在这种情况下被研发出来的，它成为登月宇航员与地球监控工程师们的通用装备。 今天，这一系统及其后续产品，在所有需要同时讲话与接听，并腾出双手进行其他操作的行业里，都起着举足轻重、不可替代的作用。 陶瓷刹车片 摩擦生热对于一架以25000千米/小时的速度返回大气层的航天飞机来说，是非常可怕的。与越来越稠密的空气摩擦，航天飞机机腹温度很快就会达到1650℃。为保护这一关键部位，空间学家为其覆上了一层以碳化硅制成的陶瓷防热盾。 碳化硅无以伦比的特质受到了工程师们的关注，因此它也被用于汽车制动装置的改进。普通的刹车片是固定的轮胎上的弧形金属片，非常容易发热及磨损，日久天长就会报废。陶瓷刹车片耐磨损、不生锈，而且质量比钢材轻60%。 红外耳温计 为了探测恒星活动，上世纪80年代，航天领域的工程师们出一种能够将红外线能量译成温度的传感器。就是这种传感器，经过细微改动，便成了今日流行的耳温计，该产品在1991年研发成功并上市。 它现在测量的不再是恒星的温度，而是鼓膜的温度，而且用时不过几秒钟，比起过去传统的水银体温计，实在是又快又好用! 心脏泵 航天飞机的火箭发动机耗能巨大，每秒钟要消耗1立方米的液态氧和3立方米的液态氢!如何能保证这些燃料的连续顺畅供应呢?这就要借助一种特别的涡轮泵。 装备于航天飞机的涡轮泵发明于上世纪70年代，转速可达每分钟3万转。而制造这类功率强大、性能可靠、体型袖珍的泵，正是心脏病专家乔治和迈克尔在1984年时的梦想。他们的目的是创造一种人造心脏，以在新的心脏植入之前，暂时代替那些丧失了功能的心脏。 好运从天而降：他们的一位病人戴维是空间技术工程师，他自告奋勇来帮助他们。但最后达到目标，还是花了他们近20年的时间。2003年，这款简易(只有一个旋转件)但性能强大、每分钟1.25万转的心脏泵诞生了，目前已有400多位患者成为它的受益者。 燃料电池 航天器需要电能，它们从何而来?上个世纪60年代，在太阳能光伏板技术还没有取得突破的时候，空间技术的工程师们采用了一种非常大胆的解决方式：使用燃料电池。 燃料电池靠液氢与金属反应释放自由电子，形成电流，质量只有蓄电池的1/5，这是航天工程师决定使用该电池的最大理由。此外，燃料电池还有一项非常重要的优点：化学反应产生的水，可供宇航员饮用。 第一部燃料电池先后为“阿波罗计划”的18次飞行输送过电力，总运行时间达1万小时，没有出过任何故障。如今，耸立于高山之巅的信号中继站或是突然断电的医院，都使用来自燃料电池的能量。将来，燃料电池还将为普通家庭供电供暖，并终有一天会取代汽车与飞机的燃油发动机。 火灾气味探测器 在空间站中，由于充斥着无数的电线、计算机，以及各式各样的电器，很容易出现短路并引发可怕的火灾。为了在火焰出现前探测出各类可疑气味，空间技术工程师们于1995年在俄罗斯“和平”号空间站上安装了一套电子鼻。1997年，这套设备成功遏制了一场火灾的发生。 目前，一套直接脱胎于此的警报系统正忠实保卫着瑞典斯德哥尔摩地铁乘客的安全。 记忆床垫 如何让宇航员承受火箭加速上升过程中的巨大加速度(他们这时的体重是实际体重的6倍)以及航天器返回地球时，冲进海洋或地面瞬间产生的强烈碰撞与冲击呢?老办法，用垫子! 1971年，空间技术的工程师们研发出一种特殊泡沫塑料。这种泡沫塑料能在航天器加速时与身体曲线完美贴合，而在加速度消失后又恢复最初的形状与弹性。 这种新材料一经推出，立刻吸引了家具生产企业的目光。经过瑞典一家家具公司的改进，记忆泡沫被制成各种各样的床垫、枕头、靠垫，让广大普通消费者受益。 净水器 太空从不下雨，要维持宇航员的生存，就必须花费巨资用火箭将水送到太空。为何不在航天器中安装一种装置，循环每一滴珍贵的水，使其变得可以饮用呢? 这种装置自然也可为地球上缺少饮用水的人们带来福音。空间技术的工程师们就发明了一种将宇航员尿液转化成饮用水的机器。水安全公司又将其改造成地球上也可使用的装置。正是由于这种装置的横空出世，多米尼加共和国圣胡安省萨瓦那的居民才得以喝上清洁的水——要知道，这个地区的水源早被杀虫剂和粪便污染得一塌糊涂。 太阳能光伏板 虽然太阳能光伏板当初并非为征服太空而发明，但空间技术的工程师们很快发现了它的价值。 1958年，最早的卫星之一“先锋1号”就配备了太阳能光伏板。这样一来，卫星就可以抛开沉重的电池，直接从太阳上获取能量，并且续航运转能力也从短短几周变为好几年。 空间产业为了减轻质量，愿意支付昂贵的费用。他们一直在改良材质并且总是遥遥领先于其他行业，然后再将发明转卖给这些行业。性能良好的卫星专用太阳能光伏板，可以将40%的光能转化为电能。或许不久的某一天，你家的屋顶上也将会装上这种产品。 眼镜显示器 万一太阳能光伏板出了问题，宇航员们就得出舱维修。但如果他们在翻阅维修指南时还要手持螺丝刀并紧紧抓住空间站，那岂不是要3只手才够用? 为了方便宇航员的操作，空间技术的工程师们发明了一个可以将电脑屏幕显示的内容投射到眼镜上的电子系统。其优点是可以在头盔中使用，而且影像清晰，不影响视野。 这一非常实用的发明已得到广泛应用。例如，仓库机械操作员就能在所戴的眼镜上随时查看货架图，在成千上万的货物中找到需要的那一个，简直易如反掌。 隐形牙套 对于成年人来讲，牙齿矫正要带上钢丝是很难接受的，他们不想自己的形象一下子大跌，所以隐形矫正牙套就解决了这个问题。 隐形牙套是戴在牙齿内侧，根据牙齿的受力点、承重点等各个方面的改变来矫正牙齿，由于粘在牙齿里侧，看起来就跟没戴矫正器一样。 隐形牙套的材料多晶氧化铝是由美国航天局制陶研究中心研制出来的，它最初是用在热能追踪导弹上。利用半透明多晶氧化铝制成的隐形牙套，比传统的金属丝要美观得多，所以深得青少年的欢迎。 无菌室 显微镜的问世使人类开始认识微生物，然而在对微生物的生命活动和功能有所知晓之前，微生物学并没有诞生。促使微生物学迅速诞生的，是无菌操作技术和纯培养技术。 创建无菌环境，原本是用于确保宇航员在空间站里能呼吸到洁净空气的航天高科技方法，现在已经被用来在医院中“捕杀”和“清除”微生物真菌、细菌、孢子以及通过空气传播的病毒。 而且，当发生紧急情况时，利用这项技术也可在医院以外的场所营造出一个无菌室。无菌室可以达到消除超过99%微生物的空气净化功能，从而满足医院医治那些身患免疫系统疾病的病人的特殊需求。 无绳吸尘器 散落在沙发上的薯片碎屑可真烦人!怎么能快速省力地把它们打扫干净呢?对了，手提无绳吸尘器可以帮上大忙。“呼呼”几下，沙发焕然一新。我们能用上这种吸尘器，完全得益于“阿波罗”登月计划。 在登月工程中，工程师们需要一些能量自给且节能的器械。在月球那些环形山下可没电源插座。因此，1971年“阿波罗15号”计划实施时，曾在1961年首创无绳钻的一家美国公司，为登月推出了一款无绳风镐。这台机器耗电量小，通过可快速充电的袖珍电池供电。1979年，这两个产品的结合成就了这款无绳充电吸尘器的辉煌。 碳纤维自行车 送往外太空的物品，每克的动力成本在3至20欧元不等，因此，为火箭、卫星“减重”是空间工程师的首要任务，也是他们热衷的游戏。产自德国的一辆自行车样车自重还不足3千克!这难以置信的轻巧源于其碳纤维材质。 在牢固性相当的前提下，碳纤维的质量只有钢的1/6。这种材质1958年诞生于美国联合碳化物公司的实验室中，最早用于制造火箭的结构框架、储液罐外壳，甚至整流罩。而今天，碳纤维已在很多领域得到广泛应用，如网球拍、汽车减震器、自行车车架，或者小提琴和大提琴的琴弓。 最主要的是，碳纤维材料的使用正向飞机制造业“扩张”。美国公司最新研制的远程运输机“波音787”的制造材料中，近一半使用的是碳纤维。这一革命性的机型质量非常轻，消耗的碳氢燃料更少，从而降低了二氧化碳的排放量。 核磁共振成像仪 在核磁共振成像仪器下，患者躺在圆柱形磁体内，暴露于强大的磁场中。其体内的水分子中的质子(氢核)会排成一行，要是遭到无线电波的攻击，它们会立即乱作一团，不成直线。在质子重新排列过程中，电脑会收集它们的信号，并加工成图像。富含水的组织会发出更强烈的信号，在生成的图像中看上去更亮，而骨骼相对较暗。 在注射了用于对比的成像以后，放射线专家重复扫描，这时，成像剂在血管中移动，使他们可以看清楚造成中风、脑动脉瘤和各种外伤的堵塞物。 当NASA(美国宇航局)准备“阿波罗”登月计划之时，研发出一种称为数字影像处理的技术，使月球的照片经计算机的处理效果得到了增强。此技术后来即成为美国地球资源探测卫星辨别地球面特征的重要基础技术。 而在医学上，则被发展为磁共振成像(MRI)的数字影像处理技术。 摘自《发明与创新(学生版)》2011年第8期 作者：张元国