科技成果

美設(shè)計出激光動力太空電梯成功爬升900m

據(jù)英國《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站2009年11月10日報道,在NASA 出資贊助,美國太空基金會主辦的“波束能量挑戰(zhàn)”大賽中,一款名為“激光動力自動攀登者”的太空升降車憑借新奇的設(shè)計理念和良好的演示效果而一舉奪魁。

該項挑戰(zhàn)是以高強度光源為動力的太空升降梯研究項目的重要組成部分。太空升降梯的設(shè)計構(gòu)想其實非常簡單,就是在地球赤道與數(shù)千千米之外的太空之間建立一條纜繩,太空升降梯就順著這條纜繩來往于太空與地球之間。由于地球引力的作用,這條太空纜繩將總是處于緊張、繃直狀態(tài)。這樣太空升降梯就可以將貨物或航天器沿著纜繩送往太空軌道,盡管建造這樣一個太空升降梯可能要花費數(shù)以十億計的巨額投資,但是支持者們卻認(rèn)為這樣還是比用運載火箭便宜得多。其實,建設(shè)這樣一個似乎異想天開的工程,不僅僅是金錢問題,首要解決的是技術(shù)問題。如何才能為這種太空升降梯提供動力呢?

“激光動力自動攀登者”的設(shè)計理念恰好回答了上述關(guān)鍵問題?！凹す鈩恿ψ詣优实钦摺本褪抢脕碜缘孛娴膹娂す庾鳛闊o線動力,沿著纜繩以盡可能快的速度升向太空。當(dāng)然,“激光動力自動攀登者”必須要通過太陽能電池來吸收地面紅外激光器所發(fā)出的能量。研究者在愛德華茲升降車沿著纜繩送到了900m 左右的高空。平均速度達(dá)到3.9m/s。

盡管太空升降梯仍然只是個相對遙遠(yuǎn)的夢想,但NASA 似乎對這種無線動力傳輸技術(shù)很感興趣,這個作品的演示已經(jīng)證明這項技術(shù)是可行的,NASA 希望能夠盡早把這種技術(shù)投入到某些應(yīng)用,比如用在月球車上。當(dāng)月球車開到隕坑的陰影中而太陽光照射不到時,這種無線動力傳輸正好可以派上用場。已經(jīng)進(jìn)一步推動了太空升降梯的研究。

可液態(tài)化生產(chǎn)透明絕緣材料有望使顯示設(shè)備更節(jié)能

據(jù)《科技日報》2009年11月12日報道,美國材料學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種導(dǎo)電化合物——溶解到沉積氧化鋁鈉的新用途。在經(jīng)過特定的處理后,這種化合物可被制成絕緣的薄膜,與一般絕緣體不同,其絕緣作用不是通過阻止電流流動而是誘導(dǎo)電流流向他處來實現(xiàn)的。據(jù)稱,這種特性的材料有望使目前顯示設(shè)備的厚度和能耗得到大幅縮減。而且,它擁有一些十分實用的特性:可液態(tài)化生產(chǎn)意味著,通過模板就可將其輕易而精確地嵌入印刷電路之中,方便規(guī)模化生產(chǎn);而工作電壓低意味著,通過模板就可將其輕易而精確地嵌入印刷電路之中,方便規(guī)?；a(chǎn);而工作電壓低意味著,這種薄膜在極低的電壓下就可啟動,以其制成的顯示設(shè)備僅用較小電量的電池就可以驅(qū)動。

這種透明的薄膜在固體狀態(tài)時只有100 個原子的厚度,很適合作為日漸流行的電子閱讀器等便攜設(shè)備的屏幕。除此之外,還能被用于制作飛機或汽車上具有顯示功能的擋風(fēng)玻璃。

美國防預(yù)先研究計劃局研究“捕手手套”清理太空碎片

據(jù)spaceflightnow 網(wǎng)站2009年12月12日報道,美國五角大樓研究與開發(fā)部門正在研究一個方案:移動軌道上危險的太空碎片。這項研究的名稱是“捕手手套”(Catcher's Mitt),旨在開發(fā)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上具有可行性的方法,將威脅太空任務(wù)(包括“國際空間站”和有價值的衛(wèi)星)的太空垃圾從地球軌道內(nèi)清理掉。國防預(yù)先研究計劃局(DA RPA)領(lǐng)導(dǎo)這項“捕手手套”研究工作。

近日,DARPA 和NASA 就這一主題在華盛頓召開了一次會議,約有300 名與會者,其中大約60人發(fā)表了見解。來自NASA、ESA、俄羅斯、日本及工業(yè)界的代表參加了這次會議。代表們討論了一些新奇的方案(包括激光、系留、太陽帆),以及捕捉碎片帶離常用軌道的方法。有些技術(shù)如果能夠?qū)嵤?將會比舊的方案節(jié)省成本。

DA RPA 正在為研究搜集信息,包括這次大會,軍方和NASA 也在進(jìn)行獨立的應(yīng)用分析。DARPA試圖利用獲取的信息來判定這項新計劃的投資是否有保障,哪方面以及如何才能取得最大效果。如果證明可行,后續(xù)可能啟動一個DA RPA 領(lǐng)導(dǎo)的新計劃,或者DA RPA 支持美國政府其他機構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)的工作。

美國研制的新型航天服將更加輕便

據(jù)《新科學(xué)家》雜志2009年11月30日報道,未來宇航員將無需穿戴復(fù)雜的航天服,他們將能通過大領(lǐng)口按序穿戴,在很短的時間內(nèi)穿上局部機械化的航天服。

這種新型航天服正在美國馬里蘭大學(xué)接受測試。一旦宇航員進(jìn)入這種連體航天服,將通過充氣的人造肌肉收縮航天服上端的缺口,確保服貼。這種設(shè)計意味著它應(yīng)該比現(xiàn)有的航天服輕便,并且使太空行走和星際探索中的工作更加有效。

這種新型航天服還包括立體液晶眼鏡和頭盔內(nèi)視頻屏幕的新型視覺輔助設(shè)備。液晶眼鏡能夠展現(xiàn)真實感增強的圖像,例如可以使宇航員看見隱藏在視線外的飛船。

天基太陽能的能量傳輸方式引發(fā)爭議

據(jù)美國航天網(wǎng)2009年12月報道,太空太陽能的提倡者可能將在不遠(yuǎn)的未來如愿,因為多個針對到地球的能量傳輸方案上開始成形。但是仍有太空能源科學(xué)家擔(dān)憂美國的項目前途過于美好、過于太快。

2009年11月底,加利福尼亞州政府計劃批準(zhǔn)一項為期15年的合同,要求美國Solaren 公司在2016年之前,向太平洋汽油與電力公司(PG&E)提供天基太陽能。日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)(JAXA)也已經(jīng)組成私人公司研究團(tuán)隊設(shè)計太陽能太空站,并計劃在21 世紀(jì)30年代之前發(fā)射。

NASA 設(shè)計出新式單人電動隱形飛機

據(jù)國外媒體2010年1月21日報道,NASA 設(shè)計出一種僅供一個人飛行的電動隱形飛機,它具有超靜音和懸停能力,使用碳纖維復(fù)合材料,這種電動飛機將改變我們對傳統(tǒng)飛機的觀念。

據(jù)報道,這種電動隱形飛機取名為“海雀”(Puffin),在地面上時,它尾部的四條腿分開作為支架,確保它在地面上時能夠以尾部站立。當(dāng)飛行員準(zhǔn)備起飛時,機翼上的襟翼會傾斜,以便使來自螺旋槳產(chǎn)生的空氣發(fā)生偏離,這樣可以確保飛機在起飛前不會發(fā)生偏移,也可以防止陣風(fēng)將其吹倒。之后“海雀”會垂直上升,懸停,俯身后再進(jìn)行水平飛行,飛行員俯臥的姿勢跟滑翔機一樣。當(dāng)著陸時,它的四條彈簧腿將會擴(kuò)展開來,以支撐這架機身長達(dá)3.7m,翼展是4.1m 的飛機。它以碳纖維復(fù)合材料制造,機身重量為135kg ,不包括45kg 重的可充電鋰電池。

設(shè)計理論上“海雀”巡航速度為240km/h,沖擊速度則超過480 km/h。它不像氣體發(fā)動機那樣需要噴氣,因此沒有飛行上限,在空氣稀薄的地方它的飛行不會受到限制, 所以它的飛行高度約為9 150m,直到它的能量降低才會迫使其下降。

單人電動隱形飛機

美國研制出的“紙電池”效率可以達(dá)到離子電池的10 倍

據(jù)國外媒體2009年12月9日報道, 美國加利福尼亞州斯坦福大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)成功地把涂上一層銀碳納米材料的紙轉(zhuǎn)變成“紙電池”,這有望成為一種全新的輕型高效蓄能的方法。幫助涂層附著在紙上的同一特性使它附著在單壁碳納米管和鍍銀納米線薄膜上。初步的研究發(fā)現(xiàn),利用硅納米線制成的電池,效率是現(xiàn)在用來給筆記本電腦等裝置供電的鋰離子電池的10 倍。并且,“利用成熟的造紙技術(shù),通過把具有傳導(dǎo)性的紙作為集電器和電極,可以制成低成本、輕薄和高效的蓄電儀器?！?/p>

人們可以利用這種電池為電子儀器或者混合動力車供電。利用這種電池,電子儀器會變得更輕,持續(xù)工作時間更長,而且有一天可能會產(chǎn)生紙電子產(chǎn)品。電池的重量和壽命是電力車和貨車在商用發(fā)展方面遇到的一大障礙?？茖W(xué)家表示,除了便攜電子儀器和佩戴式電子儀器可以使用它以外,“我們的紙超級電容器還可應(yīng)用到所有需要瞬時大功率能量的設(shè)備上。由于紙電池和超級電容器的成本很低,它們還適用于并網(wǎng)能量儲存?！?/p>

超材料納米鏡頭在美研制成功

據(jù)《科技日報》2010年1月26日報道,美國研究人員開發(fā)出一種新型納米鏡頭,其打破了衍射極限,從而獲得了現(xiàn)有技術(shù)尚無法達(dá)到的所謂超高分辨率成像。該納米鏡頭是由超材料納米線陣列制成的。

傳統(tǒng)鏡頭利用普通光波來構(gòu)建物體的影像,摒棄了包含在“易逝”光波中物體的精細(xì)、微小細(xì)節(jié)。因此,像顯微鏡之類的傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)無法對非常小的、納米尺寸的物體進(jìn)行精確成像。利用不同的方法,美國東北大學(xué)電子材料研究所所長斯瑞尼瓦斯·斯瑞達(dá)教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊,在對納米線進(jìn)行組織和包裝后設(shè)計出了一個新型的鏡頭。通過對數(shù)百萬條直徑僅為20nm 的納米線進(jìn)行精確的調(diào)整和布置,研究人員成功控制了光線通過鏡頭的方式。由于該鏡頭可以同時利用普通光波和“易逝”光波來構(gòu)建圖像,因此其可描繪出納米尺寸物體的高分辨率清晰圖像。

研究人員表示,這是到目前為止所能實現(xiàn)的最好的超級鏡頭,是高解析光學(xué)成像領(lǐng)域取得的重大進(jìn)展。該技術(shù)可用以提高生物醫(yī)學(xué)成像和光刻技術(shù)的能力。目前,研究人員已掌握了量產(chǎn)此種超材料納米鏡頭的能力。

液態(tài)金屬天線可實現(xiàn)自我修復(fù)

據(jù)《科技日報》2010年1月26日報道,從收音機到手機乃至衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備,天線在日常生活中無處不在,人們也早已對天線出現(xiàn)故障習(xí)以為?！，F(xiàn)在,科學(xué)家利用液態(tài)金屬開發(fā)出可以像流體一樣隨意彎曲的天線。這種新型天線不僅能更好地接收信號,反復(fù)彎折也不會導(dǎo)致材料“疲勞”,它甚至還具有在外力作用下延展或斷裂后自我修復(fù)的本領(lǐng)。

在便攜式無線通信裝置的天線變成隱藏式之后,天線設(shè)計也轉(zhuǎn)向了模塊式制作,但固態(tài)金屬有可能因為彎折而斷裂。美國北卡羅萊納州立大學(xué)的工程師邁克爾·迪基領(lǐng)導(dǎo)的研究小組希望能夠找到一種更有彈性的材料,以取代目前最為常用的傳導(dǎo)材料金屬銅。他們將目標(biāo)鎖定在室溫下比較軟的金屬和金屬合金,最后發(fā)現(xiàn),鎵和銦是制作新天線材料的最佳組合。鎵銦合金具有天線需要的所有電子特性,彈性也比銅大得多。另外,在室溫下,它實際上為液態(tài),因此, 在受損變形時,它是流動的,不會折斷。

研究人員將液態(tài)天線原型包裹在塑膠基板蝕刻出的微流體通道內(nèi)進(jìn)行了測試, 在1 910～1 990MHz頻率范圍內(nèi),液態(tài)天線的效率可達(dá)到銅天線的90%。而且,這種天線不但能被彎曲扭轉(zhuǎn)成任意形狀,甚至可在被截斷時自我修復(fù),同時還能維持連續(xù)不變的傳導(dǎo)性。

雖然鎵與銦的“身價”比銅要高,但迪基表示,液態(tài)天線是為可攜式無線設(shè)備設(shè)計的,尺寸很小,成本不過幾美分。而且,這種新型液態(tài)天線可以采用各種各樣的外殼包裝,應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。剛硬的“外衣”可以讓它更加堅固,而橡膠“外衣”能讓它像松緊帶一樣拉抻。

同傳統(tǒng)的固態(tài)天線相比,包裹在彈性材料中的液態(tài)天線由于具備可根據(jù)其接收的無線電波波長來自我調(diào)整長度的能力,因此可以產(chǎn)生更好的調(diào)諧效果。迪基的研究小組目前已經(jīng)研制出了這樣一種“穿”橡膠外殼的可伸展液態(tài)天線,可以作為超高敏感度的應(yīng)力計用于橋梁和大壩等民用工程。如果將多條液態(tài)天線與小型收音機設(shè)備相連,然后嵌入橋梁或大壩內(nèi),這些天線會隨著壓力變化而伸縮,可監(jiān)測建筑結(jié)構(gòu)的安全性。此外,這種液態(tài)天線可被嵌入便攜式裝備,在軍事領(lǐng)域也大有用武之地。