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1、科技之光 21世纪的新技术 空间技术纳米技术记忆金属机器人技术 空间技术 空间技术的发展空间技术的难题中国空间技术的远景 空间技术的发展 中国人最先用火箭飞行人类飞向太空的梦想 有文字记载的至少有数千年 古代中国就有 嫦娥奔月 敦煌莫高窟 飞天 图案等美丽的传说 西方航天学界认为 中国明朝人万户为人类第一个尝试用火箭飞天的人 并将月球上一座环形山命名为 万户 以表纪念 19世纪中叶 法国人凡尔纳的小说 从地球到月球 几乎启发了所有的现代航天先驱们 但人类对太空无限的遐想一直都停留在小说层面 进入20世纪 人们观念中关于宇宙空间的科学概念已逐渐形成 世界各国活跃着一大批航天先驱 1921年12月
2、 现代火箭之父 美国的罗伯特 戈达德研制了人类历史上第一台液体火箭发动机 但是 戈达德的研究遇到了许多困难 缺少科研经费 挑剔的舆论界讥笑他连高中物理常识都不懂 还嘲笑他整天幻想作 月亮人 但戈达德没有为这些困难所动摇 经过20年默默无闻的努力 终于换来了回报 1941年1月 新发动机火箭可达到2000多米的高度 载重447千克 呈现现代火箭的雏形 载人航天最初成功率仅50 二战结束后 美苏在航天领域开始展开了激烈竞争 1957年10月4日晚 一枚火箭携带着世界上第一颗人造地球卫星 斯普特尼克l号 在苏联的拜科努尔航天发射场发射成功 标志着人类航天时代的真正到来 但是 当时的载人航天非常危险
3、安全指数只有50 在苏联首次载人太空之旅的前一年里 载人飞船的6次试发有3次以悲剧告终 一次因为定位系统出故障未能返回地球 一次是发射时发生爆炸 另一次则是完成飞行任务返回时与大气层发生剧烈摩擦 导致飞船失火 正是这些不成功的事例 苏联首次太空之旅迟迟未能定下日期 最初 被确定为苏联第一位首航太空的宇航员是邦达连科 不幸的是 1961年3月23日 邦达连科在紧张训练中 舱内燃起大火 他因严重烧伤而死亡 成为航天史上第一个遇难的宇航员 1961年4月12日 首次载人航天发射即将开始 当时 谁也没有把握这次能成功 苏联曾有人建议让尚未生儿育女的宇航员戈尔德 季托夫来执行这次任务 当时负责载人航天研
4、究工作的苏联宇航专家谢尔盖 科罗列夫却坚持选用经验更为老道的尤里 加加林 尽管他已是两个孩子的父亲了 临飞前 科罗列夫安慰加加林说 尤拉 你不要紧张 不论你着陆到哪个角落 我们都能找到你 这话丝毫没能减少加加林108分钟太空之旅的险情 飞船气密传感器发生故障 发射前数分钟内不得不重新拧紧舱盖上的32个螺栓 通信线路一度中断 跳出个表示飞船失事的数字 3 第三级火箭脱离后飞船急剧旋转 返回时 飞船胡乱翻滚 然而 加加林绝处逢生 奇迹般地完成人类首次太空之旅 近千万人参与了登月计划苏联成功发射第一颗人造地球卫星并把第一名航天使者送入太空的成就 使美国受到强烈刺激 为了打破苏联的航天优势 1961年
5、5月25日 美国总统肯尼迪批准了航空航天局的 阿波罗登月计划 并在国会上表示美国将在十年之内将人送上月球 这对于当时还没有把人送上太空的美国来说是非常困难的 为了解决技术上诸多困难 美国几乎动用它的所有资源 超过2万家来自美国与其它80个国家的公司 200多所大学参与了 阿波罗计划 有人估计 将近1000万人直接或间接参与了登月计划 然而 即使投入如此巨大 载人登月飞行的技术还是相对落后的 通讯导航系统比现在的手机还迟钝 在紧急时候 宇航员根本无法与地面联系 只能自己来解决 人们只能吃 牙膏饭 飞船防震系统和防辐射系统也不够完善 宇航员极有可能在太空中遭遇各种射线的毒害 微重力问题也没有得到彻
6、底解决 宇航员极有可能肌肉萎缩 骨骼硬化 等等 通过不断总结经验 1969年7月21日格林尼治时间12时56分 美国宇航员阿姆斯特朗走出阿波罗11号的登月舱 终于在月球上印下人类第一个脚印 迈出了 人类巨大的一步 至此 人类探索太空的旅程翻开了新的一页 由于载人航天工程的复杂性 决定这必然是一项充满着风险与挑战的事业 从邦达连科算起 至今已经有22名航天员献出了宝贵的生命 然而 人类在探索太空的征程中决不会停下前进的脚步 迎接探索者的必将是光辉的未来 空间技术的难题 动力问题 NASA 美国航空航天局 首推的是利用核能 如果要在月球表面建立基地 航天飞机必然要运输大量物资 而核能可为此提供强劲
7、的动力 辐射问题 太空辐射是对宇航员安全的最大威胁之一 主要包括X射线 射线 宇宙射线和高速太阳粒子 因此 为了保证宇航员的生命安全 科学家必须进一步增强对太空天气以及太阳风暴的预测能力 同时研发出能够让宇航员及时躲藏的安全防护掩体 空气问题 为解决这难题 科研人员双管齐下 一方面尝试建立可实现空气 水和食物的循环生产和再利用的完全封闭生态系统 另一方面设想从月球和火星开发矿物质 从中提炼出产生氧气所需的元素 并以此建立稳定的供氧系统 食物问题 要想使建立月球前哨站或是火星旅行的计划切实可行 宇航员自力更生解决食物来源问题是必不可少的环节 这就涉及到在太空修建温室以及利用实验室技术制造肉食等尖
8、端技术 废物再利用问题 目前 国际空间站就采用抽湿机 吸走空气中的水分加以净化 再变回可饮用的水 此外 科学家还将宇航员的尿液和汗液循环使用 对于固体废物 科学家则设想将其用作温室蔬菜和庄稼的肥料 水源问题 科学家在月球南北极撞击坑的永久阴影区内发现了水冰 储量估计可达66亿吨 此外 水还可以通过航天器的燃料电池系统得到 而航天器和空间站上的提纯系统也使得尿液和其他液体可被净化利用 微重力问题 在微重力或失重条件下长期进行太空旅行 如果保护措施不得当 宇航员就会出现肌肉萎缩 骨骼软化等健康问题 为了解决这一问题 生理学家们正携手努力 研究可在太空中使用的训练系统 联络问题 在月球和火星上 由于
9、缺少传播介质 保持联络就成了一道难题 一旦有点儿紧急情况 宇航员只能靠自己了 保温问题 由于没有大气的热传递 月球表面昼夜温差极大 平均温度在零下22摄氏度左右 为了保证宇航员能有一个持续温暖的环境 科学家正考虑让他们生活在一个温度相对稳定的人造表层下 并依靠专门的热力系统供暖 能源问题 任何太空探索都离不开能源 科学家们的计划中目前有两种选择 一种是采用太阳能板 还有一种就是NASA极力推荐的核能 不过 随着科学技术的不断进步 人们相信还能找到更好的能源解决方案 中国空间技术的远景 中国空间探索的远期 今后二十年或稍后的一个时期 发展目标是 空间技术和空间应用实现产业化和市场化 空间资源的开
10、发利用满足经济建设 国家安全 科技发展和社会进步的广泛需求 进一步增强综合国力 按照国家整体规划 建成多种功能和多种轨道的 由多种卫星系统组成的空间基础设施 建成天地协调配套的卫星地面应用系统 形成完整 连续 长期稳定运行的天地一体化网络系统 建立中国的载人航天体系 开展一定规模的载人空间科学研究和技术试验 空间科学取得众多成果 在世界空间科学领域占有较重要的地位 开展有特色的深空探测和研究 中国政府一直坚持为了和平目的探索和利用外层空间 使外层空间造福于全人类 在探索外层空间 扩展对宇宙和地球的认识的基础上 和平利用外层空间 促进人类文明和社会发展 造福全人类 纳米技术 纳米技术的含义纳米技
11、术的应用纳米技术的远景 纳米技术的含义 纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术 它是在0 10至100纳米 即十亿分之一米 尺度的空间内 研究电子 原子和分子运动规律和特性的崭新技术 纳米技术的应用 在陶瓷领域的应用随着纳米技术的广泛应用 纳米陶瓷随之产生 希望以此来克服陶瓷材料的脆性 使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性 许多专家认为 如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题 则它将具有高硬度 高韧性 低温超塑性 易加工等优点 在微电子学上的应用纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段 按照全新的理念来构造电子系统 并开发物质潜在的储存和处理信息的能力 实现信息
12、采集和处理能力的革命性突破 纳米电子学将成为下世纪信息时代的核心 在生物工程上的应用虽然分子计算机目前只是处于理想阶段 但科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机的组件 其中细菌视紫红质最具前景 该生物材料具有特异的热 光 化学物理特性和很好的稳定性 并且 其奇特的光学循环特性可用于储存信息 从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用 它将使单位体积物质的储存和信息处理能力提高上百万倍 在光电领域的应用纳米技术的发展 使微电子和光电子的结合更加紧密 在光电信息传输 存贮 处理 运算和显示等方面 使光电器件的性能大大提高 将纳米技术用于现有雷达信息处理上 可使其能力提高10倍至几百倍 甚至可
13、以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察 最近 麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中 每个原子发射一个有用的光子 其效率之高 令人惊讶 在化工领域的应用将纳米TiO2粉体按一定比例加入到化妆品中 则可以有效地遮蔽紫外线 将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中 可以大大降低静电作用 利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体 可用于气体同位素 混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩 纳米微粒还可用作导电涂料 用作印刷油墨 制作固体润滑剂等 研究人员还发现 可以利用纳米碳管其独特的孔状结构 大的比表面 每克纳米碳管的表面积高达几百平方米 较高的机械强度做成纳米反应器
14、 该反应器能够使化学反应局限于一个很小的范围内进行 在医学上的应用科研人员已经成功利用纳米微粒进行了细胞分离 用金的纳米粒子进行定位病变治疗 以减少副作用等 另外 利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展 现在已用于临床动物实验 估计不久的将来即可服务于人类 研究纳米技术在生命医学上的应用 可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系 获取生命信息 科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人 在血液中循环 对身体各部位进行检测 诊断 并实施特殊治疗 在分子组装方面的应用如何合成具有特定尺寸 并且粒度均匀分布无团聚的纳米材料 一直是科研工作者努力解决的问题 目前 纳米技术深
15、入到了对单原子的操纵 通过利用软化学与主客体模板化学 超分子化学相结合的技术 正在成为组装与剪裁 实现分子手术的主要手段 纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术 其重要性毋庸质疑 许多发达国家都投入了大量资金进行研究 正如钱学森院士所预言的那样 纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点 会是一次技术革命 从而将是21世纪的又一次产业革命 纳米技术的远景 1 纳米卫星与微型飞船在小卫星系列中 可以分为小型卫星 微型卫星和纳米卫星 它们的重量分别在10 500千克 0 1 10千克和0 1千克以下 以硅为衬底的专用集成微型仪器 可以应用于制导 导航 控制 推进 能源和通信等航天
16、器系统 美国科学家提出在非常小的航天器上建造性能优越的计算机 最终设计出能够飞到其他星球上去从事生产的微型飞船 可以发射几百万个这样的飞船进行大规模生产 2 原子精密度计算机美国国家航空航天局的科学家指出 21世纪初 将必须制造具有原子精密度的计算机 并提出了分子探针的设计 这种探针可以区分紧密排在金刚石表面两种类型的原子 F原子和H原子 如果把F原子的值定为1 把H原子的值定为0 同时设计一个能非常快速阅读它们的探针 这样就有可能得到一个原子型的二进制码 作为新一代计算机的基础 3 纳米多功能抗菌塑料这种塑料不仅具有抗菌功能 而且具有抗老化 增韧和增强作用 这一新型塑料的研制开发成功 开辟了高分子材料的新领域 具有广阔的应用前景 提高电冰箱和冷柜等家用电器外部和内部表面的抗菌性 是当前国内外家用电器厂家为提高家电产品的市场竞争力而竞相研究的一个热门课题 而最佳途径是在塑料中加入抗菌剂 从而赋予家用电器外部和内部表面材料本身以抗菌性 纳米多功能抗菌塑料采用的是物理法和化学法相结合的生产方法 这一抗菌剂对大肠杆菌 金黄色葡萄球菌 黑色枯草芽胞杆菌等多种常见细菌均有抗菌 杀菌作用 二 纳米
