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第3章 航空航天的未来(2)

大家都知道,我们之所以能够在路上随心所欲地行走、跑步、跳跃,是因为地球上有地心引力。太空中没有地心引力,所以宇航员在太空中会长期处于失重的环境下。但是,成天飘在空中“生活”,会导致宇航员的身体出现问题:他们会出现肌肉出现萎缩现象,骨骼也会变得更加脆弱——即使在宇航员返回地面后,依然需要很长时间才能使身体恢复到正常状态。不管是在空间站,还是在登月、登火星这样的长期太空旅行,如果不采取必要手段,宇航员身体某些部位的肌肉萎缩率将可能高达25%;而且,如果宇宙飞船在返回地面时出现紧急情况,宇航员们将面临更大的危险;此外,经过长期的太空旅行后,宇航员的心脏也会变得虚弱,宇航员返回地面后有时还会因为站起来的速度过快而发生晕厥。为了保证健康,目前宇航员在太空中每天都要做两个小时的运动。

太空中的健身器

现在,美国科学家们正在计划设计一个名字叫做“太空转轮”的装置,以帮助宇航员进行健身锻炼。他们希望这种运动装置能在加强宇航员肌肉锻炼的同时,也能保证宇航员心血管系统的健康。

正在参加健康实验项目的宇航员“太空转轮”就像一个大的离心机,中间是一个转轴,一端是一个自行车状的装置,另一端则是一个平台。宇航员们一旦去蹬“自行车”,“离心机”就开始旋转,“自行车”和平台都向外晃荡起来。根据旋转速度,人力离心机可以产生0.5~2.5千克的人工重力。这时,一个宇航员在太空转轮的一头做蹬“自行车”运动,在另一头平台上的宇航员又可以做下蹲运动了。

人工重力的新用途

现在的科学技术还无法使宇航员进入太空后能够在类似地球的引力环境中进行锻炼,宇航员只能用皮带将自己绑在健身自行车的座椅上做运动,但这很不舒服——如果有了人工重力,宇航员就可以像在地球上一样自然舒适地骑在自行车上;在失重的情况下,做举重锻炼没有任何意义,为此宇航员使用一种有弹性的“健身练力带”来进行锻炼——以后,“健身练力带”也不需要了,因为在新的设备上做下蹲运动,需要抵抗的重力甚至比在地球上还大。而且,在这种环境下锻炼可以在更少的时间内取得更好的效果。

现在科学家正在研究,在这种离心机上做下蹲运动会不会达到在体育馆举重的效果——他们还打算在将来,运用这种设备训练参加奥运会的运动员;今后几年,他们还会将把因腿部肌肉萎缩而使用拐杖的人作为研究对象,从而考察下蹲运动是否能恢复肌肉机能——他们也想使这种设备真正造福全人类。

不过,这种旋转也并非没有坏处,其中最大的坏处是:它对空间站或者航天器可能会产生一个反向的扭转,这样对航天器不会产生什么好的后果。科学家们目前正在研究如何在装置上消除这种影响。而且,从另外一个角度考虑,太空中所有资源都是很宝贵的,如果设法让宇航员的体能不被白白消耗掉,利用宇航员在健身时产生的能量进行人力发电,那么就会收到一举两得的效果,岂不是更好?宣战“地球杀手”

太空中的小行星带大自然拥有人类永远无法控制的巨大力量。古往今来,世界上发生过无数次自然灾害。这些大大小小的灾害不仅吞噬了许多宝贵的生命,还造成了巨大的经济损失。那么,在未来几十年里,地球还会遭受什么样的大劫难呢?

许多潜在的危机来自于太空。众多科学家经过仔细研究,认为下一个“地球杀手”将是小行星“阿波菲斯”。这是在计算该小行星的运行轨道时发现的:它将在2036年撞击地球,到时所产生的破坏力将无法想象,全人类甚至会因此而面临生存的危机。为了保护地球家园,科学家们决定在太空安放一个跟踪器,监视小行星“阿波菲斯”的运行轨道。

“阿波菲斯”是已知小行星中对地球安全威胁最大的一颗。它是一颗形状极为不规则的小行星,是在2004年6月被发现的,然后又一度失去了踪迹,直到6个月后又再次被发现。2004年的圣诞前夜,科学家们通过不间断的观测,从获取的数据中显示:“阿波菲斯”小行星将在2029年4月13日第一次与地球“紧密接触”——擦身而过。

行星虽小,威力巨大

在许多科学报告里,小行星“阿波菲斯”被天文学家们描述成一个“可怕的敌人”。在他们看来,一场“地球保卫战”在所难免。

2029年4月13日,小行星“阿波菲斯”将会在3万千米的高空掠过地球,就像一颗流星飞快划过夜空一样。由于没有与地球相撞而带来毀灭性灾难,许多人会因此而欣喜万分。

但是,千万别高兴得太早,当小行星“阿波菲斯”于2029年掠过地球之后,它运行的轨道将会因地球的引力而发生变化,这一变化足以促使它在7年后掉转头来和地球相撞。每秒5.9千米的撞击速度将产生巨大的破坏力:足以使美国得克萨斯州消失,或使两个欧洲国家消失;如果它落到海洋里,那么将引起比2004年印度洋大海啸更为猛烈的超级海啸。在如此毁灭性的撞击中,地球上的任何生物都将面临生死的考验。目前,在俄罗斯举行的“小行星安全问题研讨会”上,天文学家制作了一个模型,假设“阿波菲斯”击中太平洋,将会掀起200米高的巨浪,它的冲击波掀起的灰尘,将笼罩地球上大部分的地区,形成类似于“核冬天”的环境,这些地方的动植物和人类将因为严寒和生存空间被破坏而死亡。

保卫地球,从现在开始

人类不能坐以待毙,必须尽力避免这一毁灭性灾难。为了达到这一目的,科学家决定为小行星装上一个无线电跟踪器,以跟踪监视它的运行轨道。世界各国的科学家们也在紧密合作,研究用各种办法来保卫我们的地球母亲。

2013年是观察“阿波菲斯”空间运行轨迹的最佳时机。如果观察结果证实了这块太空巨石撞击地球的可能性,搭载着无线电跟踪器的太空船将在之后的几年内启程飞往“约会”地点。此后,人们将设法使小行星偏离原来的轨道以避开地球。按照以往的习惯,科学家能够想出的最好办法可能就是往这颗小行星上发射一枚超级核弹,然后利用爆炸的反冲力改变小行星的运行轨道,或者干脆把这颗小行星炸得粉碎。但这样一来,又会带来新的问题:在地球上空引爆核弹,可能会造成大面积的核污染。可以说,这种办法十分冒险,只能在万不得以的时候使用。那么有没有什么更好的办法呢?

其实现在,人们已经想出了不少避免小行星与地球碰撞的方法,例如,已经有宇航研究机构制订了相关方案:发射一艘太空飞行器,利用其运行方式,对“阿波菲斯”小行星产生一股引力,使它偏离轨道而不会撞上地球;还有科学家提出:可以让太空飞行器与小行星保持相同的速度和方向,好让它们“并肩而行”,当两者达到相对静止的时候,用机械手臂去“推动一下”,改变它的运行轨道……在这些想法中,哪种最好、哪种可行性最高,人们还没有最后定论,但毫无疑问,大家都在想办法为地球撑开一个“保护伞”,希望能更好、更安全地保护我们共同的家园——地球!飞机的“救星”

飞机的发明,使人们出行的速度大大加快。可以说,乘坐飞机旅行,可能是我们目前最为快捷的交通方式。但是由此而造成的一系列空难事故同样令人触目惊心。

从飞机诞生那一天开始,空难事故就一直无法彻底从人们的生活中消失,有时甚至十分频繁。比如:2005年8月,世界上发生了大大小小好几起航空灾难,夺去了几百条鲜活的生命,似乎在这个月,全球航空业进入了一个灾难期。

航空事故使人们对乘飞机旅行产生了极大恐惧感,航空安全也再次成为一个需要认真对待的严峻问题。那么,随着科技的不断发展,该如何提高飞机的安全性呢?

给飞机“背上”降落伞

未来用在飞机上的降落伞遭遇空难时,降落伞是人们逃生的重要工具。但是,在很多客机上是不会配备有降落伞的,因为降落伞的使用是需要专业培训的,而绝大多数乘客可能不会使用。那么,如果有一个超级大的降落伞,能在紧要关头把整个飞机都带起来,是不是一种解决问题的好办法呢?

目前,美国航空航天局已经与飞机紧急降落伞系统公司合作,打算在30年后制造出一种特殊的、可用于小型飞机的“紧急降落伞系统”。当飞机失去控制时,机长可以马上打开降落伞,令飞机安全降落到地面——毫无疑问,那样空难事故会减少很多。

在实验中,科学家们把这种降落伞系统装置安装在一架小型飞机第二排座位的后面,它的强力绳索分别系住飞机的机翼、机身和机尾,降落伞可在1秒钟之内迅速张开。

为了检验这种降落伞的实用性,加拿大科学家在一架无人驾驶的小型飞机上,模拟了一段飞机失事时紧急降落装置的效果:在一个狂风暴雨的夜晚,一架小型客机突然失控,眼看就要撞到大山上去,就在这紧急关头,驾驶员果断地使用了紧急降落伞系统。于是,一个巨大的降落伞在飞机尾部打开了,小飞机在降落伞的“帮助”下终于慢悠悠地安全降落在山前一块平地上,飞机里的橡胶假人一点损伤都没有。

但是,目前这种“最先进的降落伞”还有一个致命的弱点:它只能负荷大约1 800千克的重量,因而只能帮助一架小型飞机。在这种情况下,航空专家对它能否用于大型客机表示怀疑,因为大型飞机除了重量大之外,其速度也比小型飞机快得多。因此,研究人员的首要任务,就是发明出更为坚固耐用的降落伞,以适用于更大型、速度更快的飞机。

救命的爆破装置

不久以前,加拿大政府批准了一款新型喷气式飞机的设计专利。该方案中有一个非常令人感兴趣的设计,就是将客机、货机的最里层改装成数个前后相通的密封舱,并在各密封舱结合部位的夹层中安装一种小型爆破装置。这听起来有些恐怖,实际上却是一种为保障乘客安全而设计的最新装置。

当飞机在空中遇到紧急情况时,飞行员只需按下一个控制按钮,这个装置就会发生小爆炸,使载有乘客和机组人员的密封舱完整地与机身分离开来。这些分离开的每一部分都配备有降落伞、震动缓冲器、膨胀筏和推进喷射装置,这些设备将引导密封舱缓慢落向地面,从而保障机上乘客的生命安全。

不过,这种“刺激”的装置目前尚在研究之中,我们现在还无法看到,估计还要30年才能面世。

人类在面对死亡的时候,会感叹自己的渺小,生命的脆弱。虽然有些意外的发生是人们无法预知的,但是防止发生意外却是可以做到的,愿在未来的岁月里,这种意外会被我们完全阻止。

奔向火星

早在1969年,人类便成功地登上了月球。之后,人类又准备向下一个目标——火星进发。火星是太阳系八大行星之一(冥王星已于2006年被剥夺了“大行星”资格),按照离太阳由近到远的次序排列为第四颗。飞往火星,从技术上来说并不比登月更复杂,只是所需的燃料和供氧远远多于登陆月球,这样,难度也就产生了。

登陆火星计划

最早的登陆火星计划诞生于苏联:前苏联早在20世纪60年代就制订了一系列飞向火星的计划,而且还设计了各种飞往火星的飞船,但最后却都因火箭发射失败而终止了。俄罗斯在20世纪90年代中期也制订过载人火星飞船计划。他们在“和平号”空间站上训练宇航员,以掌握在太空长期生存必需的技术(飞往火星来回至少要一年半时间)。此外,俄罗斯还打算在“和平号”上装配飞往火星的飞船,以减少从地面发射所需的动力,并和美国联合研究飞往火星的计划。

火星直接登陆

美国远征火星的计划展开了将近40年,期间遭遇的挫折也不少,还曾一度打算把全盘计划推迟。不过,“奥德赛”号的成功登陆和各种发现为美国太空总署注下强心针,太空总署已准备在未来十年内加快火星探索步伐,实现人类登陆火星的宏愿。

未来的火星探险基地美国宇航局组织科学家们组成了研究载人火星飞行方案的专门小组。他们的方案叫做“火星直接登陆方案”,这和常用的登月模式有些不同。一般通常的太空登陆模式是:先发射一艘大飞船,到达星体附近后送出一个小登陆艇,之后再让大飞船在轨道上等待宇航员的返回。可是,这些科学家们却认为这艘大飞船是完全不必要的:首先,多造一艘飞船,就要多一次发射、多一笔开支;其次,把它留在轨道上还要消耗大量的氧气和燃料;最后,飞船上的宇航员还要面临失重和防辐射等问题,这样的话就会缩短在火星上的探索时间。

他们的新主张是,先用无人飞船送一座能生产水、氧气和生产燃料的甲烷小型化工厂到火星上,以减轻飞船携带生活原料的负担;然后再用另一艘载人飞船把宇航员送到火星上,利用小型化工厂提供的水和氧气维持生命;在火星上所生产出的甲烷又可以作为燃料,使宇航员乘飞船返回地球。

“太空城堡”中的“出租车”

对于在火星上生产燃料的主张,研究小组指出,在火星表面生产大量燃料以便返回地球的方案,增加了飞行的危险性和复杂性,而更强大的等离子助推火箭还要经过多年的研制才能用于载人宇宙飞船。

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