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真实的火星救援派生品之一

时间:2017/6/30 10:39:26   作者:Joshua Buck 编译:Melipal   来源:网络转载 天之文   浏览:241   评论:0

 

  设想一个星球,这里有着极端的温度,可以严重破坏无防护的航天器与居住区的零件;这里的水分还非常稀有,因此植物上都装配了传感器,这样可以避免农民过度灌溉;这里宝贵的水分供给是由轨道卫星在地下绿洲中发现的;同时这里挤在掩体中的居民所用的空气要由专门的系统来过滤、循环和净化。
  虽然可能充斥你脑海中的场面是火星上的人类居民,但我们描述的这个星球实际上就是地球,而上文提及的技术都是派生品,都是由美国的航天项目研发并造福全社会的产物。
  从一开始,NASA就受命将它所研发的技术向社会公开,以供个人或商业使用。随着为航天计划开发的产品和技术日益浮现,NASA开始在呈交给国会的技术使用报告中展示为公众带来的这些益处。公众对报告的关注让NASA从1976年起开始发行每年一份的《派生品》报告——同年,海盗号探测器在火星表面着陆。自那之后,《派生品》呈献了将近2000种衍生自NASA科技的商业产品和服务。其中的很多东西都与《火星救援》中9项真实的NASA科技密切相关。
  本文是3篇系列文章的第一篇,其中将概述生命保障必备技术的派生产品,内容涉及居住区、农业技术、水和空气。
  居住区
  对于长时间的载人太空任务来说,居住区是必不可少的组成部分。NASA必须要在茧状空间中维持类似地球的环境,而这样的空间必须能够在太空的真空环境以及火星表面的近似真空环境下维持下去。这不仅仅意味着可供呼吸的空前,而且还有舒适的温度。
  在地球上,气温调节同样重要,尤其是在沙漠以及极地环境中。在那里,极端的温度对于居民来说可能是具有危害性的。绝缘是尽量减少内外环境温度交换的手段之一。在《火星救援》影片中,主角马克·瓦特尼(Mark Watney)在跨越火星的长时间探险期间,使用源自居住区的高性能绝缘层来保护他的火星车内部免遭严寒之苦。
  21世纪的第一个十年之初,来自弗吉尼亚州汉普顿市(Hampton)NASA兰利(Langley)研究中心的工程师正在研究一种用于超音速飞机复合材料的新物质。虽然最终证明这种材料无法用在飞机上,但它标志性的发泡与泡沫特性为工程师提供了一个点子,最后的结果就是名为TEEK的一种聚酰亚胺材料(一种先进的聚合物)。
  这种技术授权给了印第安纳州彭尼维尔市(Pennville)的GFT LLC进行商业使用。GFT LLC的CEO菲尔·格里菲斯(Phil Griffith)称,由于这种产品的生产过程和特性是环境友好的,它为顾客带来了很多好处,其中包括它可以在1000华氏度的温度范围内使用、阻燃、不会散发有毒的烟雾,而且在极低的温度下仍旧保持柔软。同时,在兰利中心,工程师正在集中精力了解这种泡沫的特性,以图将其用于航空器上的隔音层,并指出这种泡沫甚至也可以用于家庭和商业场所的隔音。

真实的火星救援派生品之一
GFT LLC生产的极其柔软的聚酰亚胺泡沫是低温管道以及其他工业或航海用管路的理想绝热材料。图中这种材料正在佛罗里达州的肯尼迪航天中心进行测试。(图片提供:GFT LLC)

  植物农场
  无论气温有多么理想,最终人都会感觉到饥饿的,而无论是在地球还是火星上。在《火星救援》中,主角面临的最大挑战之一就是要设法在红色星球荒芜环境下生长出食物,来供应他的需要。在地球和太空中,对手头资源的合理使用可以决定结果的成败。无论是对于航天还是地面团队来说,帮助节约资源的工具都是很宝贵的。
  21世纪的第一个十年之初,NASA在科罗拉多大学玻尔得(Boulder)分校资助的非盈利研究中心——生物服务航天技术小组联合阿拉巴马州亨茨维尔市(Huntsville)的NASA马歇尔太空飞行中心,试图寻找水分含量与植物叶子的硬度之间可能的关系,并论证是否可以使用传感器来监测与这个关系相关的数据。
  随后这个概念由农业屋(AgriHouse)品牌公司进行了商业化。一枚传感器可以放在叶子上,直接测量其中的水分含量。这样的数据连同整体植物健康信息一道被传递给了农民的计算机。这套系统随后可以发送文字消息,提醒农民灌溉作物。虽然传统的灌溉手段浇水的频率通常会超过植物的需要,但枝叶传感器让精确农业变成了可能,这样不仅节约了水分,还可以节约宝贵必需品——时间和金钱。

真实的火星救援派生品之一
通过测量电脉冲,农业屋的传感器可以确定对植物健康至关重要的若干特性。传感器可以在风雨中仍旧连接在叶子上,而不会损伤植物。(图片提供:AgriHouse Brands Ltd.)

  水分提取
  只有存在水分保障的时候,植物才能生长,人类也才能存活下去。在《火星救援》影片中,瓦特尼面临的最大的另一个挑战是积累足够多的水分,让他的作物存活下去,而且他自己也不致于死于脱水。如果瓦特尼想生存下来,他就必须要利用能够用到的资源以及生命保障系统,以产生并收集所需的水分。
  与瓦特尼一样,地球上很多地区的居民为了寻找生存所需的水源,也要依赖于机智,还要承担风险。法国雷达科技国际公司的创始人兼CEO艾伦·加切特(Alain Gachet)研发了WATEX系统,让水资源的寻找和分享变得更为容易。这套专利技术使用NASA的综合孔径雷达数据,以及1994年STS-59和STS-68任务期间获取的天基成像雷达-C/X波段综合孔径雷达计划数据,还有2000年STS-99任务期间获取的航天飞机雷达地形测绘数据,结合多种输入信息,可以在干旱环境下发现地下水。最值得一提的是,加切特的系统在肯尼亚北部的图尔卡纳(Turkana)地区发现了66万亿加仑的。这里是地球上最干旱也是最贫困的地区之一。根据估计,这些水分足以供应70年的使用。

真实的火星救援派生品之一
雷达科技国际公司的WATEX系统使用Landsat卫星的数据帮助定位地下的水源。这颗卫星的数据可以提供地表地形以及岩石化学组分的信息。上图是图尔卡纳地区的妇女正在带着容器收集在洛提基皮(Lotikipi)盆地一口钻井中新发现的水。(图片提供:Radar Technologies International)

  制造氧气
  虽然人类只能在无水的环境下存活数日,但没有空气的话,一个人只能活几分钟。在整部《火星救援》影片中,可供瓦特尼呼吸的空气都是个关注话题。在地球上,每天都有工人进入空气很快就会恶化的环境中,与富含二氧化碳的火星大气很相似。
  2010年,亚利桑那州图森市(Tucson)的典范(Paragon)航天开发公司根据与休斯敦市的NASA约翰逊航天中心签署的航天活动协议,为商业航天器研制了空气再生系统。随后典范公司将许可权出售给了肯塔基州兰卡斯特市(Lancaster)的Mindshield公司,后者建造的空气再生模块可以用于防护所,保护世界各地的矿工。
  这个模块包含了很多生命保障技术,其中包括二氧化碳和痕量污染物的移除、火灾过后的空气再生、一台除湿机以及室内空气循环和温度控制系统。除了每隔几小时更换一次而欢呼它过滤器之外,矿工需要做的就是前往防护所了。这种由电池供能的模块可以持续工作4天,为受困矿工提供了简单耐用的系统,在救援人员抵达之前保障工人的生命。

真实的火星救援派生品之一
典范航天开发公司与NASA合作开发了7人商业机组运输空气再生系统,它不仅可以在太空中使用,还被结合到了紧急防护所中,为危险环境下工作的矿工服务。(图片提供:Paragon Space Development Corporation)

  宇航员的生命取决于周围的生命保障系统。为了让我们的探险者能够在任务期间存活下来,从居住区本身,到内部的各个组成部分,包括食物、水和氧气,都必须要正常运作。与太空中一样,在地球上,资源对于生存来说是至关重要的,而且在某些区域,资源是很稀缺的。NASA把技术带向地面的使命帮助确保为宇航员和航天器开发的技术可以为全人类所用。
  更多关于派生技术的信息请访问:http://spinoff.nasa.gov/。更多关于NASA技术转移计划的信息请访问:http://technology.nasa.gov/。更多关于NASA新技术开发的信息请访问:https://techport.nasa.gov/home

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