当今时代的“太空竞赛”虽然在某种程度上具有浓厚的政治与军事背景,但从客观上却大大地促进了人类的科技进步,改善了人类的生活环境,就像核武器的发明被转化为核电技术一样,由此得到的高新技术和产品迅速转化为民用后使我们受益匪浅。四十年前,巨大的“土星5”号火箭载着“阿波罗11”号飞船从美国肯尼迪航天发射场点火升空,开始了人类首次登月的太空征程。“阿波罗”计划,是世界航天史上具有划时代意义的一项成就。有很多曾经为登陆月球而研发的源自阿波罗计划的科学技术如今已经作为副产品被应用到民间技术中。大多数人对“军转民”也许有所耳闻,但对于究竟哪些民用技术源自“阿波罗”航天技术却并不是十分清楚,现在就让我们一起来了解“阿波罗”是如何实现技术“变脸”后为百姓生活造福的。
图:气垫式运动鞋
气垫式运动鞋
你一定不知道,现在畅销全球的各种带气垫的运动鞋得益于“阿波罗”计划。人们在制作运动鞋的过程中,其“中空吹塑成型”制造技术便来源于“阿波罗”计划中航天服的制作技术。当时的科学家们为制造一个完整、厚度均匀、能耐受很大压力的航天服内胆,发明了把一团耐压软材料加热软化,放在一个模具中,然后再向这个模具中吹入高压气体的方法。这种制造工艺有点像古老的制作玻璃瓶的工艺。后来,运动鞋制造商发现这种工艺可以快速高效地制造一个完整的鞋帮,于是便广泛地将其应用于运动鞋的制造。
2004年,在纪念“阿波罗”载人登月35周年时,耐克公司一则气垫运动鞋广告引起了许多人的注意。这款畅销世界的气垫运动鞋,就运用了当年“阿罗波”计划研制登月靴所积累的技术。除了促销名为“登月科技”的Lunar-glide系列跑步鞋之外,还不失时机推出了Air Max鞋款,并塑造出外层空间陨石以及银色金属未来科技感觉的设计。
篮球赛场上,女孩子们睁大着眼睛欣赏着一群高大男生们精彩的运球、抢断、叱咤球场,这一幕似乎在所有的校园中都已经是司空见惯了,潇洒的男生们一般都身着酷酷的运动鞋,银白色的鞋帮,新颖流畅的造型更为男生们平添了风流倜倘。怪不得现在运动鞋的造型越来越酷,原来有航天技术的“基因”在里面呢!
图:食品保存
食品无限期保存
在“阿波罗”的航天员们多日的旅行中,吃饭成了一个难题。食物比较重,而且会变质,但食物又是航天员们的必需品。这样的情况下,食品冻干技术应运而生。
大部分食物的主要成分都是水(实际上,许多水果的含水量达80%-90%),将这些水分除去后,食物就会变得比较轻,也就更便于运输。考虑到航天飞机上的空间实在有限,NASA与它的合作伙伴共同开发了“冻干技术”。
冻干食品能够有效保留事物的营养价值与美味,而且可以减轻重量,延长保质期。冻干食品,是运用脱水技术把煮熟的味道鲜美的食物进行脱水,然后把温度降低到-50oF(约-45.6℃),再把食物贮存到密封的防潮容器中。在不需要冷藏的条件下,食物便可以无限期的被保存下去。方便面调料中的干菜叶就是航天食品中的脱水菜,它是将蔬菜中所含过多水分脱去,以便贮存、保管、运输、出售。“阿波罗”计划首先利用这种技术让航天员们吃上含有蔬菜的航天食品,现在这种航天食品已经非常普遍。
多年来,这一保存食物的方法不仅为航天员们带来了方便,也已经被证实是一种能够为遥远地区的人们运送食物的有效办法。这一科学的保存食物的方法也为驻地军人、徒步旅行者、背包旅行者们提供了很多便利。而且,在今天的谷类食品中也出现了众多的脱水食品。除此之外,在NASA的许多太空任务中,也都以冻干食品为主要食物。
图:液冷服
贴心降温的液冷服
多年以来,航天服技术一直在不同领域为人类造福,如军事、消防、建筑等方面。其实,在航天员们穿着的具有白色外观的庞大的航天服下面,还穿了一件液冷式的内衣。这种液冷式内衣,不仅可以使航天员在太空行走时感觉很舒服,还为陆地上众多处于特殊境况下的人们提供了帮助。
液冷服的外形与长内衣相似,液冷服可以制成衣裤一体的形式,也可以制成背心式。主要由衣面和一系列的控温、充液试管组成,衣面多用针织物制作,管路一般用内径为1.5~3.6毫米的“聚氯乙烯”软管组成。液冷服能够保护航天员在舱外活动期间不受温度起伏的影响。液冷服是液体介质在服装内不断流动,并在航天员体表创建适宜温度的个体防护装备,所以液冷服又称液体调节服。液冷服常用的冷却介质是乙二醇水溶液,它在体表循环的降温效率较高;通过小型电动泵使冷却介质在循环回路中流动,冷却介质流经体表管路后温度升高,然后通过蒸发制冷装置降温,这样往复循环构成制冷回路。冷却介质的温度可以由飞行员在15℃至45℃的范围内随意控制。因此液冷服除了可以在热环境中降温外,也可以在冷环境中保温。
现在,除了航天员在执行任务时穿液冷服外,越来越多的在高温下作业的人们也开始穿液冷服,如赛车手、核反应堆技术工人、造船工人等等。除此之外,液冷服还为一些患有特殊疾病的病人减少了痛苦,比如,有个小男孩得了外皮鳞化症,不能通过皮肤散热,大部分时间只能待在空调房中,许多日常活动都参加不了,而穿上液冷服后,他可以像正常人一样外出,从病痛和孤独中真正地走出来。还有那些具有多发性硬化症、由于先天性少汗或外胚层发育不良而导致无汗的病人也开始使用这种液冷服。另外,同样的液冷服也被应用到物理疗法与体育康复设备中,而且,新一代技术更加先进的液冷服现在已经能够保护那些患有严重的光敏感症的病人。液冷服,这一来自“阿波罗”航天计划中的航天技术,正在人们的工作与生活中发挥着越来越大的作用。
让管道绝热
航天飞机外燃料箱的“皮肤”由热保护系统覆盖。热保护系统是一层1英寸(2.5厘米)厚的聚氨酯泡沫涂料,这种聚氨酯泡沫可以保护航天飞机的表面不会因为与大气摩擦产生的高温而受到损坏,也将航天飞机表面结冰的可能性降至最低。如今,这种为航天飞机而研发的与金属相结合的聚氨酯泡沫也被应用到了世界各地的管道中,阿拉斯加的石油管道就是其中之一。
聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称,英文名称是polyurethane,是一种新兴的有机高分子材料,被誉为“第五大塑料”,因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。产品应用领域涉及航天、航空、轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防……
阿拉斯加石油管道是世界上第一条伸入北极圈的原油管道,起自美国阿拉斯加最北部北坡的普拉德霍湾,纵贯整个阿拉斯加地区,终止于南部阿拉斯加湾的不冻港瓦尔迪兹。管道全长1 277千米,管径为1.22米。沿线翻越1 460多米高的布鲁克斯岭、近1 100米高的阿拉斯加山脉和近900米高的楚加奇山脉。穿越主要河流34条,其中最大河流为育空河,管道吊挂在公路桥上。管道还通过700千米左右的永冻土地带;所经地区的冬季气温一般在零下48℃至零下51℃之间,最低气温为零下57℃。所以,这种特殊环境要求管道必须具有很高的温度控制性能。为了保持管道内石油的流动性,石油需要被保持在相对较高的温度下(通常是180oF,约等于82.2℃)。NASA推出的这一绝热方法解决了这一难题。
除此之外,这种特殊结构的聚氨酯泡沫也正被用于保护新铺设的BTC石油输送管道(一条把里海原油输送至全球市场的巴库-第比利斯-杰伊汉输油管道,英文简写为BTC),这条BTC石油输送管道起点连接在里海的原油储备,估计有45亿桶的储藏量,管道直通地中海,需穿越1 760千米长的复杂地形,BP石油公司选择采用了特殊设计的聚氨酯结构泡沫这一来自航天技术的材料作为管道的保护层。
图:雷电探测系统
雷电探测器
我们假设,运载着“阿波罗”飞船和航天员飞往月球的运载火箭刚刚被发射时,如果其主要的电力系统突然被雷电击中的话,那么后果一定是不堪设想,这该怎么办呢?面对这样的一个难题,2007年开始,NASA在肯尼迪航天中心39B发射台建造了防雷系统。在当时,这一设施的建造也是为支持未来的“阿瑞斯”火箭与“猎户座”载人飞船的发射。如今,“阿瑞斯1-X”火箭在防雷系统的庇护下已经发射成功,而这种防雷系统也已逐步被应用到了商用飞行中,开始彰显其重要而广泛的作用。
NASA开发的这种自动雷电探测系统能够对雷击进行侦查并测量,能够在闪电风暴来临之前对其电荷进行侦查,甚至能够提前预测雷电区后通过空中交通管制员变更空中交通路线,使其远离故障区。这一系统的问世不仅成为了NASA航天任务与商用飞机的一大福祉,而且能够帮助太空飞行指挥员与航天员获得更加准确的气象情报,同时,闪电探测器也被应用到商用飞机上来确保乘客的安全。
商用飞机如果在飞行过程中遇到暴风雨,机上乘客可能会惊慌失措,而且当飞机出现在闪电放电中心区域时,乘客们还有可能暴露在有害辐射下。研究人员表示,如果飞机飞行至闪电放电中心,乘客可能会遭受的辐射量相当于一个人做400次胸透。尽管研究者认为飞机遇到这些闪电的机率非常小,但为了确保飞机上乘客的安全,商用飞机的机主们想到了NASA的这一发明成果——闪电探测系统。事实上,在这项技术面世以前,有关闪电危害人类的新闻也是不绝于耳,在人们亲眼见证以后,这些“闪电事件”也就逐渐被传扬开来,随之也引起了人们越来越多的关注。
有了闪电探测器,乘坐飞机的乘客们也就不必担心自己会暴露在有害辐射下了,相信飞机上的驾驶员也能够安心许多。
图:消防材料
“自动消防”材料
“阿波罗”隔热板的表面被涂上一层易消融的材料,目的是被燃烧以后能够尽快消散能量。易消融材料被烧焦以后便会形成一种保护层,阻挡外太空的热量渗透进来。
如今,这种材料不光用来制作航天器上面的防火油漆与泡沫,而且已经被应用到了消防、建筑等民用领域,并且由此推进了世界上第一个膨胀性环氧材料的面世。具有“膨胀性”的这一材料在遇到高温或者明火时,就会自动变大,起到绝缘保障的作用。现在,这种材料已经作为钢材支撑梁被广泛应用到美国的高层建筑与公共建筑中。在大火中,这种简单的涂层能够提供长达4个小时的消防作用,而且有助于钢材建筑不会过早地倒塌,反而能够给居住者更多的时间去安全疏散。