7大在太空中進行的奇異實驗–宇航鼠-和類人機器人

航天機器人Robonaut-2(R2)和歐洲空間局的意大利宇航員保羅·內斯波利在一起

繞地球不斷旋轉的國際空間站這個實驗室的大小約為一間五居室,包括兩個衛生間、一間健身房以及一個大大的凸窗,除此之外,我們對國際空間站內發生的事情了解多少呢?

2000年10月,人類在月球上的“家園”—國際空間站終于竣工,隨著第一批6名宇航員到達并入駐國際空間站,國際空間站開始忙碌起來,迎來送往了很多宇航員。歐空局的數據顯示,這個不斷圍繞地球旋轉的設施耗資高達1350億美元。宇航員們在國際空間站夜以繼日地進行研究,希望能回答科學領域內最難纏的問題。

我們經常會在社交媒體上看到宇航員們發來的娛樂視頻。我們曾看見過宇航員在太空踢足球,展示精彩的球技。據外媒報道,在2014年巴西世界杯開幕之際,國際空間站的宇航員們也按捺不住對足球的熱愛,在失重的情況下仍展示了自己的足球技巧,并拍下視頻,向全世界的球迷送來祝福;我們還曾聽過來自太空的歌聲。加拿大宇航員克里斯·哈德菲爾德不僅是一名資深太空人,更是一位充滿幻想精神的音樂愛好者和出色的攝影師,2013年5月12日,哈德菲爾德在國際空間站上表演了首個來自太空的“MV”,表演曲目是大衛·鮑伊的《太空怪人(Space Oddity)》。

以上種種表明,這些前往國際空間站的幸運兒似乎非常享受在太空的生活,但這并非他們生活的全部,在他們短暫的太空旅行期間,在這些洋溢著歡樂色彩的“花絮”生活背面,有著諸多不足為外人道的艱辛和嚴肅,他們忙碌地進行著各種各樣的實驗。美國有線電視網(CNN)在近日的報道中,為我們采擷出了其中非常奇特的7朵浪花。

給“R2”加上腿

R2-D2是出現于電影《星球大戰》系列中的一個虛構機器人角色,常被簡稱為R2,是少有的幾個出現于所有星球大戰電影的角色,它是一個機智、勇敢而又魯莽的宇航技工機器人,小巧的身體只有0.96米高,卻塞滿了裝有各種工具的附加臂,是一個了不起的太空船技工和電腦接口專家。

現在,真實版的R2-D2已經成為國際空間站上唯一的永久居民,也是國際空間站歷史上首位機器人成員。R2是美國航空航天局(NASA)和通用電氣公司聯合開發的一種類人航天機器人,主要用于航空作業以及汽車制造業。R2的主要任務是執行國際空間站中危險及重復的太空作業,以節省人手和時間,使空間站的宇航員可以從事其他更復雜的太空研究工作。

R2于2010年9月加入國際空間站這個大家庭。R2是一種具用先進的機械控制技術、靈敏的傳感器和視覺技術的未來機器人,它擁有一雙像人類一樣靈活的手臂,“雙手”能應付各種復雜的操作,這種特殊的機器人未來將取代航天員完場艙外的航天作業任務。

國際空間站的裝卸操作負責人(POD)斯蒂芬妮·布斯科特-達德利說:“現在,研究人員正在對國際空間站上的類人機器人R2進行升級,我們的最終目標是讓他們有腿,從事維護工作,從而讓宇航員們能夠解放出來,進行更多的科學研究。R2剛開始飛向國際空間站時,只有軀干和手臂。而現在,科學家們正在進行機器人手術來對其內部的電子零件進行改進,給其添加腿。”

送“宇航鼠”上天

另一個看起來有點離經叛道的實驗是,科學家們打算在今年年底,將40只老鼠送上國際空間站,并在此生活6個月,這大約相當于老鼠平均壽命的四分之一,它們將在美國航天局(NASA)新建的老鼠生存艙內生活6個月,每只艙能容納10只老鼠。

老鼠的這趟前往太空的旅行對科學家們來說可能就像是一次怪異的遷徙,但科學家們希望,這些“宇航鼠”能為我們提供極其重要的有關宇宙飛行如何影響人體的生物醫學知識。

在零重力下進行制造

宇航員能前往另一個星球并通過3D打印技術打印出自己的房子嗎?盡管這一場景變成現實還需要一段時間,但科學家們目前正在進行實驗,研究零重力是否會影響未來有可能被用在太空制造領域的技術的發揮。

目前,科學家們正在馬歇爾太空飛行中心的微重力科學手套箱工具單元內對一臺3D打印機的工作性能進行測試,測試合格后,這臺打印機將被送往國際空間站。

種植和培育太空“沙拉”

“素食者”是一個植物生長室,于今年7月份入駐國際空間站。進行該實驗的研究人員希望,能在“素食飛行枕頭”內,培育出紅色的長葉生菜,如此一來,在長途飛行任務中,宇航員們也能享受新鮮的蔬菜沙拉。發射前,研究人員在肯尼迪太空生命科學實驗室進行的地面實驗已經得到了非常成功的結果,培育出了鮮嫩可口的長葉生菜和小蘿卜。

“同步定位執行測試衛星(SPHERES)”

“同步定位執行測試衛星(SPHERES)”是美國麻省理工學院(MIT)于2006年5月就開始研發的一系列機器人。斯蒂芬妮解釋道:“一般情況下,‘SPHERES’是小保齡球或足球那么大小的機器人,這些人造衛星由小的推進器推進,能在國際空間站內部飛行。我們能將各種類型的裝備連接到‘SPHERES’上,用它們來完成各種任務。”NASA則表示:“實驗結果有助于改進宇宙飛船服務、整車裝配以及飛行宇宙飛船的配置。”

海岸帶高光譜遙感與近海高光譜成像儀(HICO)

應海岸帶監測需求,高光譜成像儀開始在海岸帶監測中發揮重要作用。搭載于國際空間站上的海岸帶高光譜遙感與近海高光譜成像儀(HICO)是第一顆針對近岸海洋遙感的高光譜成像儀,其波譜范圍為360至1080納米,光譜分辨率為5納米。

零重力下的火焰燃燒試驗

今年7月份,美國宇航員上傳了一段“SpaceVine(太空短視頻)”,這段視頻展示了美國宇航員瑞德·威斯曼在國際空間站上做的FLEX-2實驗。在實驗中,在太空的零重力環境下,火焰在失去“重力”支撐后形成了奇異的現象,飄浮的燃料液滴先是蒸發擴散,然后被點燃,形成了一團不均勻燃燒的火球,就像海中的水母一樣游動。

美國加州大學圣迭戈分校物理學教授福爾曼·威廉姆斯認為,在零重力環境下,火焰的燃燒與地面上不同,因此,宇航員使用高度易燃的庚烷類物質通過火焰熄滅裝置(FLEX-2)進行零重力環境下的火焰燃燒測試。研究人員發現,在物質被點燃時,一團火焰尋找包圍了物質液滴,溫度可達到1500K至2000K,如果這一情況發生在地球上,那么點燃的物質會盡可能多地“吸”來周圍的氧氣,并保持火焰的持續燃燒。然而,在零重力環境下,液態物質在被點燃后,周圍的氧氣就會與燃燒介質在一個球形表面的狹窄區域內燃燒,而不是如饑似渴地吸走周圍的氧氣。

在地球上,我們或許只是認為這一現象很酷,但對科學家們來說,實驗結論或許有助于我們獲得新的與地球上的發動機燃效和未來更安全的宇宙飛船制造有關的知識。

地球之上240公里進行的探索性研究

上述這些研究僅僅是每天發生在太空的數百項研究中的一些,在國際空間站這個漂浮在太空的前哨上,來自世界各地的科學家們每天都要進行數百項實驗。這個看似不可能的任務由NASA馬歇爾太空飛行中心的裝卸操作整合中心(POIC)全權協調。

如果國際空間站是一個瘋狂的馬戲團,那么,斯蒂芬妮就是馬戲團的一個表演領班,正是這些裝卸操作負責人在協調著國際空間站上各個實驗有條不紊地進行,引導著國際空間站這個科學劇團不斷向前發展。

斯蒂芬妮說:“我們正在持續不斷超越人類在地球上的經歷,將研究擴展到國際空間站。” 斯蒂芬妮的主要工作是協調國際空間站所有研究的進行。她說:“我們通過進行一些只能在國際空間站上才能弄清楚答案的科學研究來獲得更多信息。”

她解釋說:“當我們在國際空間站上觀察地球時,我們會拍攝大量的照片,這些照片有助于地球上的災難研究和紓解海岸不斷遭遇侵蝕的現狀,不僅如此,我們所做的這些研究或許會影響在地球上生活的每個人。”

斯蒂芬妮補充說:“全球有一半人是女人,每天,我們也在太空進行與骨健康有關的研究,僅僅這一項實驗就能讓全球一半的人口受益。這僅僅是人類研究;我們也在進行生物研究;我們還在進行材料學、燃燒以及粒子物理學方面的研究,我們每天進行的研究涵蓋各個領域。”

斯蒂芬妮是23名通過認證的裝卸操作負責人之一,這些人會對太空研究的細節進行計劃,精確到每5分鐘進行什么研究。

她說:“太空上集合了來自各個領域的精英,他們可以合作進行一些非常困難且有益的研究。例如,我們已經在國際空間站布設了超聲波,我們這些受過嚴格醫學訓練的宇航員也可以自己操作超聲波,得到的結果可以讓地上的醫生受益,當然,這些研究結論也可以直接應用于那些醫學并不那么發達的國家。”

由非醫學人員在太空中進行的超聲波實驗取得的成功讓科學家們相信,在地球上,在醫療設施并不那么充裕的情況下,病人可以被完美地訓練來自己進行超聲波檢查,并將圖片直接發送給醫生