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《科学24小时》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

旨在向全国广大群众,特别是具有中等文化程度的广大青年,普及科学技术知识,繁荣科普创作,启迪思想,...

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进军太空后继有人

2018-01-29 18:02:00

  印度高中生设计全球最轻卫星

  2017年6月21日,在震耳欲聋的轰鸣声中,“卡拉姆号”和其他参与实验的卫星从美国宇航局(NASA)位于弗吉尼亚州瓦勒普斯岛发射升空。该卫星的主要目的是展示碳纤维3D 打印技术的表现,检测3D打印的轻质外壳的持久性,证明碳纤维材料能否适应卫星发射和收回进程中的恶劣环境。一旦通过测验,这无疑将变成3D打印技术的一个新的里程碑。“卡拉姆号”卫星在发射后将进入亚轨道飞行,整个任务时长4小时。在这段时间内,卫星将在太空微重力环境中运行12分钟。卫星内部携带了新型的车载计算机和8个本地内置的传感器,可实时传输卫星状况,测量卫星线速度、角速度数据,检测地球周围的磁场环境。

  这颗卫星由现年18岁的印度高三学生里法特·沙鲁克和他的团队设计,这是印度学生的实验作品首次被NASA实际采用。不久前,NASA和全球性教育机构“I Doodle Learning”面向学生举办了“太空立方体”比赛,要求参赛者规划出一件小型太空设备,可以塞进边长4米的立方体内,而且质量不能超过64克。来自57个国家的青少年提交了8.6万个设计项目,沙鲁克和他的团队设计的卫星脱颖而出,荣获冠军,被选为80个试验作品之一。这颗边长4厘米的碳化纤维立方体用3D技术打印而成,造价约1500美元(约合10000人民币),重量仅64克,只有一枚鸡蛋重。为了纪念印度航天先驱、前总统,他们将这颗卫星命名为“卡拉姆号”。沙鲁克的卫星设计得到主办方的好评,被称为空间“多维数据集”。

  “我们对全球许多不同的立方体卫星做过研究,然后从头开始设计,用一种名叫碳纤维增强聚合物的材料3D打印出来。这种聚合物在美国正在被开发用于火箭发动机上,可见它具有耐高温、高强度的特性。”沙鲁克向印度《商业标准报》记者介绍说,“我们设计的‘卡拉姆号’卫星是全球最细小轻巧的卫星。”沙鲁克来自泰米尔纳德邦的一个小镇,现在是总部设在金奈的“印度太空青少年组织”的首席科学家。该组织致力于为印度儿童和青少年普及科学和教育。

  这不是他的第一项发明,15岁时他曾参加由“印度太空青少年组织”主办的“2015年印度青年科学家竞赛”,制作并升空的1200克氦气球夺得第一名,他因此荣获“2015年度印度青年科学家”称号。该氦气球携带有15种不同类型的传感器、加速计、化学取暖器、全球定位系统(GPS)和全球移动通信系统(GSM),可用作气象部门的气象气球,在低于两公里的空中进行气象观测,收集数据。

  沙鲁克从小就对科学感兴趣,喜欢探索各种事物,尤其是钻研世界各地的微型人造卫星。父亲在印度空间研究组织工作。他还清楚地记得自己5岁时,印度发射了一枚火箭,但遗憾的是发生了爆炸。沙鲁克回忆道:“那时候我爱折叠纸火箭,但我的父亲不让我玩,说要么就摆弄真正的火箭。这启发了我,从那时起我就渴望能有机会向太空发射火箭或卫星。”

  “读9年级的时候,沙鲁克就已经向我提出了这个想法,”“印度太空青少年组织”负责人什里马特伊·克萨恩博士说,“从那时起,我们就开始了这个项目,但是由于印度有不允许卫星电话跟踪这样的规定,我们遇到了许多困难。然而最终政府还是对我们的项目大开绿灯,并鼓励我们去创造历史。”

  俄罗斯大学生研发夜空中最亮的卫星

  在俄罗斯莫斯科国立罗蒙诺索夫大学(简称莫斯科大学),一个大学生研制团队正在积极筹备,计划把一颗名叫“Mayak”的人造卫星发射到距离地球600千米的太阳同步轨道上。在俄语中,“Mayak”含有“灯塔”的意思。在到达太阳同步轨道之后,这颗人造卫星会一直面对地球,展开自带的超薄高分子膜,膜的厚度是人类头发的二十分之一。薄膜可组成一个总面积为16平方米的反光镜,镜子呈金字塔状。在反射光的作用下,“Mayak”有可能成为夜空中最闪亮的明星。它最亮时可以达到“-10等”(注:星等是指星体在天空中的相对亮度,也称“视星等”,有正负值,一般数值越小,星星越亮,“-10等”已经超过在地面上可见的最亮人造卫星),亮度比金星最亮的时候还要亮上100倍。另外,大学生们还将给“Mayak”人造卫星开发一套空气动力制动系统,用以改变航道来躲避太空垃圾。它将使用降落伞设计,可以确保在坠落地球大气层时被彻底烧毁,不留下太空垃圾。

  虽然“Mayak”人造卫星只是大学生的业余作品,但有趣的是该项目在2014年和2016年间已经开展过两次众筹。现在已经筹到了180万卢布(约合21万元人民币),足以用作下一阶段测试。俄罗斯联邦航天局将“Mayak”人造卫星列入“联盟号(Soyuz-2 rocket)火箭”发射计划,预计今年8月发射升空,届时这颗“夜空中最亮的星”或许真的会成为所有人眼中的盛景。据悉,用于监控森林火灾的Canopus-B遥感卫星也安排在此次“联盟号”火箭发射计划之中。

  然而,这个听起来非常美好的项目也遭遇到激烈的批评之声。天文学家尼克·霍维斯就强调:“这个计划是非常荒谬的,因为‘Mayak’人造卫星很可能将人们恢复黑暗夜空的努力毁于一旦。虽然早期控制夜间灯光的努力主要集中在保护专业天文学家和天文爱好者的观测场所,但是现在越来越多的照明专家、环境团体和生物医学专业人士已经意识到,光污染还会对现代社会的其他方面产生深远的影响,最近大家的注意力集中在更为紧迫的问题上——被破坏的夜空会如何扰乱人类24小时的昼夜节律上。”

  而领导“Mayak”人造卫星项目研制的亚历山大·谢恩高表示:“虽然‘Mayak’人造卫星没有任何科研目的,完全是为了‘装点天空’,但是我们还是坚持要这么做。目的就是想打破人们对太空探索的固有印象,让人们知道太空探索是一种非常令人兴奋和有趣的东西。就目前来说,最重要的是要让所有人都感兴趣。 此外,我们还想告诉人们,这一行门槛没那么高,透过‘Mayak’人造卫星可以令更多人去探索太空。如果你喜欢的话,也可以参与进来。”

  与其他众筹活动相同,“Mayak”人造卫星项目还计划开发一个手机应用程序,将用于随时为用户发送卫星定位。此外,该项目还有一项延伸目标:在莫斯科航天博物馆建造一个“Mayak”人造卫星的四面体模型。在此之后,该团队希望能够建立一个实验性的大气制动系统,这个系统可以帮助“Mayak”以及其他卫星在没有反推进火箭的帮助下,再次进入大气层并且能够得到修复。“俄罗斯对于反射镜的探索渊源已久”,俄罗斯太空总署发言人维亚切斯拉夫·米哈伊里琴科指出,“‘Mayak’人造卫星计划值得期待。吸引年轻人加入俄罗斯的太空事业是我们的首要目标,我们一直乐于与大学合作,支持类似‘May-ak’人造卫星的太空计划,希望未来能有更多学生投入到太空探索中来。”

  实施“STEM项目”非洲女中学生帮助造卫星

  2017年5月,南非米塔经济发展组织(Meta Economic Develop-ment Organization,以下简称 ME-DO)的卫星即将奔向宇宙。这是非洲第一颗民营卫星,有望载入非洲航空航天发展史册。它将绕着地球的极地轨道飞行,扫描非洲大陆地表,检超薄高分子膜组成 16 平方米的反射镜测这片大陆变化莫测的天气。然而,出人意料的是,这颗卫星竟是由南非10多名高中女生研发的。

  MEDO正在南非实施鼓舞人心的“STEM项目”,吸引中学生加入科学和数学领域。这家民营机构与一些成功和即将成功的企业家合作,得到著名的本地和跨国企业以及南非贸易与工业部对项目的资金支持。目前MEDO正在与各方面的专家合作,聘请美国著名的空间科学家本·马尔菲拉斯博士进行指导。MEDO不久前还与开普半岛科技大学签订了一份合作协议,这所南非杰出的职业教育培训中心两年前成功发射了卫星TshipisoSat,现在正在从事其他几个卫星项目。

  据MEDO太空计划经理卡拉·德-克勒克介绍说,MEDO想用卫星做一件大事,但直到参观访问了美国摩尔海德州立大学空间科学中心之后,才最终形成了一个明确的想法——创立“女生STEM项目”。

  “STEM项目”的活动以两种形式进行:一是集中安排在周末的“SPACEPrep”电子车间,二是在学校放假期间开办的一周“SPACETrek”夏令营。

  其中“女生 STEM 项目”以“SPACETrek”夏令营为基地,让这些女孩在车间里学习实用科学的基本知识,动手制作电子产品。每个参与者可以在这里制作、安装自己的机器人,并实现动作、光线和声音操控。

  “与大部分民营卫星不同的是,这颗卫星的负载实验室等部分交给女孩子去设计和完成。德-克勒克强调说:“在非洲,‘女生STEM项目’仅仅是激励女中学生进入科学和技术领域的开始。该项目计划走出南非,让纳米比亚、马拉维、肯尼亚和卢旺达的女孩也能从中获益。”

  在“SPACETrek”夏令营的实验中,女生们对低成本的小型Crick-etSat卫星进行编程,并使用高空气象气球将它送上天空。她们凭此收集热成像数据,完成了对旱涝等自然灾害的早期探测任务,反过来也有助于她们配置卫星的负载实验室。一旦发射成功,卫星会每隔48小时将收集的数据传送回地球。

  17岁女孩布里塔尼·布尔是“女生STEM项目”的一名成员,来自于鹈鹕公园高级中学。“希望届时卫星能够发送良好的信号,”她介绍说,“这样我们就能获得可靠的数据,帮助科学家判断和预测未来非洲可能面临的问题。我们经常面临很多诸如森林大火、干旱和洪水等自然灾害,但总是无法及时知晓。卫星将首先用于农作物监测,让我们了解什么地方更适合种植粮食、树木和植被,并为监控偏远地区的农作物提供方案。”

  16岁的瑟桑·蒙乾启思瓦也是项目组成员,就读于腓立比高级中学。她出身于一个单亲家庭,母亲是一位家政工。蒙乾启思瓦认为,南非经历过最为严重的旱涝灾害,但很多时候并不能及时发现。对非洲来说,卫星的应用是一个全新的领域,在改变经济方面能够起到积极的作用。“在人类探索宇宙历程的近半个世纪里,非洲居民一直只是旁观者。”蒙乾启思瓦表示,“我决心改变这一现状,成为一名空间工程师或宇航员,让母亲感到骄傲。”

  布尔补充道:“非洲开始行动起来了,我要告诉同龄的女孩们,不应为自己的性别设定条条框框,可以从事包括航空航天在内的任何自己喜欢的工作。”

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