從美國宇航局“逃出”的技術(shù)

黃忻然

自從1958年成立以來，美國宇航局為人類的航天事業(yè)做出了很多貢獻(xiàn)。為了探索宇宙，他們發(fā)明了很多高科技的東西，也提出了很多怪異的想法，而其中很多新奇的科技發(fā)明并沒有作為機(jī)密封鎖起來，而是“逃到”民間，廣泛應(yīng)用在我們的生活中，涉及的領(lǐng)域包括醫(yī)療保健、家居、娛樂等等。

那么，從美國宇航局的圣殿走到百姓生活中的技術(shù)都有哪些呢？

奶粉中的太空技術(shù)

“人是鐵，飯是鋼”，盡管宇航員們吃不到美味的食物，但營養(yǎng)均衡還是需要保證的。因此美國宇航局對太空食物的研究從未停止。而宇航員每一次飛到太空都要花上一大筆錢，所以如果所用的東西都能兼顧幾種功能，那就再好不過了，因為這樣可以減少攜帶的物品，節(jié)省能源。正是基于這種能省則省的原則，美國宇航局希望開發(fā)出的太空食物也能具備其他功能。

上個世紀(jì)80年代，美國宇航局開啟了一項名為封閉環(huán)境生命支持系統(tǒng)的項目，這個項目中就包含了開發(fā)一種特殊的太空食物的研究。他們與美國馬泰克生物科學(xué)研究實驗室簽訂了合作的協(xié)議，并提出了要求——利用藻類來提供食物。并且，這種太空食物還是三合一的——除了能吃，還要具備制造氧氣和處理有機(jī)廢物的功能。

這種太空食物最終并沒有被開發(fā)出來。有趣的是，一些參與這個項目的科學(xué)家后來成立了馬泰克生物科學(xué)有限公司，利用該項目的一些研究成果開發(fā)出了生產(chǎn)營養(yǎng)添加劑的技術(shù)。如果你小時候或者你的孩子曾喝過配方奶粉，那么你也就曾受益于這項技術(shù)，因為現(xiàn)在很多奶粉中都添加了大名鼎鼎的DHA。DHA被認(rèn)為是人體中非常重要的一種營養(yǎng)物，不過大多數(shù)人并未從每天所吃的食物中獲得足量的DHA。這種營養(yǎng)物在一些海魚中大量存在，但是這些魚體內(nèi)的DHA其實是來自于海藻。而馬泰克生物科學(xué)有限公司就是利用生產(chǎn)營養(yǎng)添加劑的技術(shù)從海藻中提取出DHA的。

據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在美國99%以上的配方奶粉中都添加了DHA，其他國家的配方奶粉中絕大多數(shù)也添加了這種營養(yǎng)物。這項最早起源于美國宇航局的技術(shù)正在為全球大多數(shù)嬰兒提供營養(yǎng)。

來自空間站的凈水技術(shù)

奶粉大多數(shù)時候是給嬰幼兒使用的，但是不管年紀(jì)大小，水在人們的生命中都是至關(guān)重要的，沒有水，人很難存活。在太空之旅中，水不僅攜帶麻煩，而且水如何儲存也是個問題，怎么才能讓宇航員在太空執(zhí)行任務(wù)時，用上干凈的水呢？畢竟在太空中宇航員需要保持健康的身體，要是因為喝水也被細(xì)菌侵?jǐn)_，那就是很麻煩的事了。

盡管水過濾技術(shù)在20世紀(jì)50年代就出現(xiàn)了，但是簡單的過濾滿足不了美國宇航局的要求，他們希望找到一種能夠在極端環(huán)境下實現(xiàn)水凈化和長期保存的方法。于是，美國宇航局進(jìn)一步改善了水過濾技術(shù)，在水過濾器中放入經(jīng)過活性處理的炭，這些活性炭不僅能殺死水中的病原體，還能抑制細(xì)菌生長，同時還能去除水中的異味。

說到活性炭，很多人都不會陌生，剛裝修的房子里、新買的家具里放上幾包竹炭包，可以吸附其中的有害物質(zhì)。還有的人家里裝了凈水器，如果仔細(xì)觀察，就能看到其中含有微小的炭顆粒。這些就是活性炭，由于其中加入了銀離子，因此它不僅能殺死水中的細(xì)菌，還能防止細(xì)菌滋生。而這種利用活性炭來過濾、吸附有害物質(zhì)的方法就曾用在美國宇航局的水凈化系統(tǒng)中。

曾是宇航員的座椅的床墊

除了吃、喝，睡也是人生的大事。在現(xiàn)代城市里，記憶床墊是很常見的，別看它們現(xiàn)在很普通，它們的出身可不簡單。

20世紀(jì)60年代，美國啟動了阿波羅登月計劃，在各種實驗中，宇航員乘坐飛船飛向太空和返回地面時，都承受著高速運動帶來的痛苦，而巨大的顛簸更是讓人難以承受，為了解決這個問題，美國宇航局委托發(fā)明家韋斯特·查爾斯發(fā)明一種有效的減震物品。于是記憶泡沫誕生了，它是一種開孔式含硅聚氨酯塑料，能夠?qū)⒊惺艿膲毫椭亓科骄峙涞狡浔砻妫虼宋樟藳_擊力，從而減少劇烈顛簸和著陸時帶來的巨大沖擊力。這種記憶泡沫被應(yīng)用在阿波羅系列載人飛船的宇航員座椅中。這樣說起來，它還為阿波羅11號登月成功做出了不小的貢獻(xiàn)呢。

而經(jīng)過改良，這種材料被應(yīng)用到了更廣泛的領(lǐng)域。其中最常見的就是記憶床墊，此外還有摩托車座椅、馬鞍和裝修用的隔層夾板等等。一些飛機(jī)現(xiàn)在也在座椅中使用了這種材料，而在上個世紀(jì)70至80年代，這種材料甚至還被應(yīng)用到美國的達(dá)拉斯牛仔橄欖球隊隊員的頭盔中，以保護(hù)球員的頭部。

而在醫(yī)療上，它也發(fā)揮著重要的作用，記憶泡沫柔軟舒適，在壓縮10%之后能恢復(fù)原狀，因此對于那些長期臥床的病患，或者身體嚴(yán)重殘疾的人來說，它是很好的選擇。它不僅能減少病人身體特定部位的壓力，也能防止褥瘡的產(chǎn)生。此外，這種記憶泡沫還被應(yīng)用到假肢中，它不僅從外部看起來像皮膚，摸起來也和皮膚相似，并且它也能減少假肢和關(guān)節(jié)之間的摩擦。

見識過浩瀚宇宙的圖像傳感器

現(xiàn)在很多年輕人不管去哪里，遇到什么有趣的事，第一反應(yīng)就是掏出手機(jī)拍下來。而在數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、計算機(jī)等可拍照、攝像的電子產(chǎn)品中，有一項技術(shù)就源自美國宇航局——圖像傳感器，圖像傳感器也稱感光元件，是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子信號的設(shè)備。如果沒有圖像傳感器，我們就無法用數(shù)碼相機(jī)等電子產(chǎn)品來拍照或進(jìn)行視頻聊天。

事實上，手機(jī)、計算機(jī)等的拍攝功能最早是應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)上的，而第一個提出數(shù)碼相機(jī)概念的，是美國宇航局噴氣推進(jìn)實驗室的工程師尤金·拉利。根據(jù)這個概念，美國宇航局的科學(xué)家們一直在研究開發(fā)體積小、重量輕、耐用的圖像傳感器，以制造出能夠在太空極端環(huán)境中使用的產(chǎn)品。

起先，美國宇航局的航天器的相機(jī)里裝配的是電荷耦合裝置（CCD）圖像傳感器，這種傳感器讓人們不用再耗時費力地去沖洗膠卷。不過，盡管靈敏度高、分辨率也高，但是CCD傳感器也有缺點，比如成本高、耗能高、抗輻射性能弱。

后來，噴氣推進(jìn)實驗室的埃里克·福薩姆和他的同事開發(fā)了CMOS主動式像素傳感器。這種傳感器雖然在分辨率上略遜于CCD，但是它的響應(yīng)速度更快、耗能更低、整合能力和抗輻射的能力更強(qiáng)、曝光控制方面更優(yōu)秀，此外它還有一個重要的優(yōu)點——比CCD更便宜。1995年，福薩姆和他的同事創(chuàng)立了Photobit公司，這家公司得到噴氣推進(jìn)實驗室的授權(quán)，成為第一家商業(yè)化生產(chǎn)CMOS傳感器的公司。由此，CMOS傳感器從美國宇航局走向了普通大眾。

在這個數(shù)碼時代中，CCD和CMOS這兩種圖像傳感器都有自己的市場，CCD通常用于更專業(yè)的辦公設(shè)備中，比如掃描儀、傳真機(jī)、監(jiān)視攝影機(jī)等；而CMOS不僅兼具了CCD的性能，還有自己的特點，它能應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、筆記本電腦等更平民化的設(shè)備中，也能用于專業(yè)的醫(yī)療設(shè)備中，比如內(nèi)窺鏡、心臟外科手術(shù)后在患者胸部安裝的、用于監(jiān)視手術(shù)效果的“硅眼”、拍攝口腔內(nèi)側(cè)X光片的牙科X光機(jī)等等。

當(dāng)我們在使用手機(jī)等電子設(shè)備拍照、視頻聊天時，用的很可能就是曾服務(wù)于美國宇航局的CMOS傳感器技術(shù)。你的手機(jī)是不是瞬間變得高大上起來了？

曾為空間站服務(wù)的報警器

吃喝玩睡都涉及到了美國宇航局的技術(shù)，那么安全問題當(dāng)然也少不了跟美國宇航局扯上關(guān)系?，F(xiàn)在在很多公共場所都安裝了煙霧探測器，這些裝置能在出現(xiàn)火災(zāi)時發(fā)出警報為人們逃生爭取時間。而這些煙霧探測器的前身曾服務(wù)于美國的第一個空間站——太空實驗室。

20世紀(jì)70年代，美國宇航局啟動太空實驗室任務(wù)，在為實驗室做設(shè)計時，火情預(yù)警是必須要考慮的。那么，如何才能快速讓宇航員們知道是否存在火情，或者是否有有毒氣體泄漏呢？為了解決這個問題，美國宇航局與美國霍尼韋爾公司合作，開發(fā)了一款配備自動充電的鎳鎘電池的煙霧、火災(zāi)探測器，并配備在太空實驗室中。

雖然這并不是世界上第一個煙霧探測器，但它卻是第一款可調(diào)節(jié)的煙霧探測器，它具有不同的敏感設(shè)置，可以防止誤報火情。而參與開發(fā)的霍尼韋爾公司在他們投放到市場上的產(chǎn)品中也用到了這些技術(shù)。當(dāng)然，煙霧探測器的技術(shù)并未牢牢關(guān)在霍尼韋爾公司，而是被越來越多的煙霧探測器的生產(chǎn)商使用，現(xiàn)在在很多公共場所配備的煙霧、火災(zāi)探測器其實都在使用曾經(jīng)為美國宇航局的航天事業(yè)服務(wù)的技術(shù)。

美發(fā)與美容中的航天技術(shù)

在我們的生活中還有很多發(fā)明的靈感與美國宇航局有關(guān)。比如美國的法魯克系統(tǒng)公司的創(chuàng)始人法魯克·薩米受到美國宇航局的丹尼斯·莫里森博士的納米陶瓷材料的啟發(fā)，開發(fā)出了由陶瓷和金屬復(fù)合材料制成的美發(fā)工具和納米銀制成的美發(fā)工具。燙過發(fā)、拉直過頭發(fā)的人在聽理發(fā)師介紹時或許就聽到過“陶瓷”、“納米”這樣的字眼，這里說的大概就是源于美國宇航局的技術(shù)。

另一項與我們的臉有關(guān)的技術(shù)也與美國宇航局有關(guān)。美國的生物學(xué)研究員羅伯特·康拉德曾開發(fā)一種消滅暗瘡的方法：通過加熱的方式殺死引起暗瘡的痤瘡丙酸桿菌。而他最初發(fā)明的產(chǎn)品很笨重，并且制造成本也很高，這樣的產(chǎn)品很難在市場上推廣。要把這個產(chǎn)品做得更小，最好是能夠讓顧客手持，然后摩擦臉部，那么就需要給它配上更小、更高效的加熱元件。經(jīng)過長期為美國宇航局工作的工程師艾倫·薩阿德的改進(jìn)，康拉德的產(chǎn)品尺寸被大大縮小，成本也大大降低。最終這個產(chǎn)品不僅成功被推上市場，還受到了追捧，現(xiàn)在很多愛美人士應(yīng)該都聽說過這種美容儀。

以上這些只是美國宇航局發(fā)明中的鳳毛麟角，從美國宇航局里“逃出”的技術(shù)到底有多少，這個很難說。要知道，自從1976年以來，美國宇航局出版的《Spin-off》雜志每年都會介紹各種與他們的研究相關(guān)的商業(yè)化產(chǎn)品和技術(shù)，而30多年過去了，這本雜志還在。