2016年是不平凡的一年。技术与工程学的巨大进步,再次以深刻的方式影响和改变世界。美国《大众科学》杂志网站近日评选出2016年最佳技术创新,这一评选已经坚持了近30年。在航空航天领域,我们看到,其选择趋势从以前的优秀科技成果,已经转向那些会引领未来、改变未来的技术创新。

“朱诺”号木星探测器

首次以极近的距离观察木星

2016年航空航天领域的“年度大赏”给了“朱诺”号木星探测器。

北京时间8月27日,美国国家航空航天局(NASA)5年前发射的“朱诺”号探测器到达木星云层上方4200千米处,以20.8万千米/小时的绕行速度,正式拜谒太阳系“行星之王”——木星。这是人类第一次有机会以极近的距离观察这颗体积为地球1300倍的行星。

“朱诺”号木星探测器的3块太阳能板,每块宽2.7米,长9米,这让“朱诺”号看起来像一台巨型的风车。任务团队称,“朱诺”号共搭载了9个有效载荷,包括磁强计、微波辐射计、高能粒子探测器、可见光广角相机等,它们同时被激活,用以研究木星的结构、组成、引力和磁场等问题。在接下来的一年半时间里,“朱诺”号的观察结果将有助于科学家了解:木星究竟有多少水以及其是否有一个坚实的核心,进而揭示包括地球在内的太阳系行星是如何形成的,此次任务也将获取人类历史上关于木星的最高分辨率图像。

毕格罗可扩展活动太空舱

有望成NASA新一代太空舱模型

国际空间站上的毕格罗可扩展活动太空舱(BEAM)于美国东部时间5月28日展开至完整尺寸。

这个新奇的太空舱由毕格罗宇航公司打造,使用合成纤维、液晶聚合物、陶瓷纤维等新材料制成,重量仅为1.4吨,发射时体积仅为3.6立方米,入轨后经过充气,最快可以在几分钟内体型扩大4倍多,形成一个长4米、直径3米多、容积16立方米的“大罐头”。

此前,为抵挡太空环境中真空、辐射以及流星体的威胁,宇宙飞船走的都是厚重扎实的路线,发射成本高,宇航员却只有狭小的容身之所。充气式的BEAM则完全不同,其物美价廉,未来或将成为NASA新一代的太空舱模型。在接下来的两年内,宇航员将进入BEAM舱内数次进行例行检查,收集安装在舱内的探测器数据,以测试BEAM在实际太空环境中抗漏气、抗辐射、抗陨石以及应对极端温度变化的能力。

洛克希德·马丁“蜘蛛”机器人

可自我推进检查并修复飞艇

飞艇其实是非常安全、环保而且稳定的运载工具,洛克希德·马丁公司就专门制造混合动力的飞艇用于勘测、救援、旅游运载以及货物运输。不过,有一点需要格外注意,它不能漏气。因此,在飞艇充气之前,工程师必须仔细检查其周身是否有洞。

以前,这是一个只有人力能完成、很繁复且不能出差错的工序——通常每次维护飞艇的时候,技术人员都得高举一个大灯,一寸一寸地照射检查飞艇外皮——每次都得持续好几个小时。鉴于此,为了缩短这一过程,洛克希德·马丁的空间系统公司想出了一个解决方案,他们研发了一种能自我推进的损害评估及修复机器人,它依靠磁性吸附到飞艇上并在其身体上爬行,使用机载修理套件检测和修补孔隙。其分为内外两个,爬到哪发现有漏气的小孔,就会自动报警并修复。由于其外形酷似蜘蛛,这个机器人被命名为“蜘蛛”(SPIDER)。

SpaceX“猎鹰9”号火箭

首次火箭海上回收成功

2016年,火箭海上回收终获成功。美国东部时间4月8日,太空探索技术公司(SpaceX)的“猎鹰9”号火箭搭载“龙”飞船发射升空。约9分钟后,火箭第一级准确降落在大西洋的一艘驳船上,着陆过程非常漂亮。搭载首个试验性充气式太空舱的“龙”飞船进入预定轨道,飞往国际空间站。

传统火箭都是一次性使用的,与这种传统相比,可回收火箭节省下来的费用将极为可观。目前,“猎鹰9”号火箭的燃料费用每次大约20万到30万美元,火箭本身成本约为6000万美元。SpaceX公司预计,火箭回收再利用一次,至少能将发射成本降低30%,重复使用10次,则能降低80%左右——而这就是火箭重复使用的最佳平衡点:使用次数更少做不到物尽其用,再多反而会增加维修成本和风险。

空客“普兰2”号滑翔机

首架翱翔太空边缘无引擎飞行器

由飞机制造商空中客车研发的一款无需引擎推进的滑翔机,号称是全球首架能在太空边缘翱翔的无引擎飞行器。

在测试中,采用碳纤维建造的“普兰2”号(Airbus Perlan Ⅱ)滑翔机已经达到约1万7千米的高度,后续有望能在离地约2万7千米的高空飞行,最高时速逾600千米。

空客表示,“普兰2”号将打开高空飞行、太空探索及研究气候变化的新一页。该机能携带用于研究气候变化的科学仪器飞上太空边缘,而去除引擎的设计,更有效减少对太空边缘环境所造成的污染。

这项成果也可以帮助空客设计出能在更稀薄空气中飞翔的技术,譬如,在火星上航行的能力。

萨帕塔工业公司飞行滑板

未来将适用于全地形救援等应用

2011年,法国人弗兰克·萨帕塔成功研发了一款水上飞行器,借助安装在腿部的喷水装置产生的反冲力,可以达到约9米的高空。而经过4年研发,他在2016年带来了更令人激动人心的飞行滑板(Flyboard Air)。

飞行滑板使用燃料包为涡轮发动机提供动力,最高时速达150千米/时,最高飞行高度达3048米,最长飞行时间则为10分钟。这款设备非常小巧,飞行速度可以算是很快了,未来将适用于全地形救援等应用。

世界首款超音速公务机AS2

最高时速是其他商用喷气机的两倍

由罗伯特低音和美国航空航天公司成立的伊利昂(Aerion)公司,研发了其世界首款超音速公务机——AS2。

AS2飞机的最大载客量为12人,研发公司宣称其超安静、高效,特有的超音速层流技术,使最高时速将达到每小时1959千米,几乎是其他商用喷气机的两倍。而该飞机的机翼也将减重20%,以此减少能耗。AS2超音速飞机由空中客车提供关键部件,伊利昂负责飞机的总装。

脸书公司的天鹰座无人机

信号覆盖直径约96千米的地面区域

今年7月份,脸书(Facebook)公司距离其全球互联网接入计划的实现更近了一步:其全尺寸天鹰座(Aquila)无人机完成了96分钟测试。为了给长期滞留空中做准备,该飞机拥有一个巨大的约42米的翼展,以及尚不足500公斤重的身体。天鹰座无人机由太阳能驱动,每次航程将长达数个月,起飞和降落时间占不到1%。按巡航高度,其信号可以覆盖直径约96千米的地面区域。

脸书公司希望未来能将数千架天鹰座送上天空,在全球各地提供互联网服务,主要受惠对象是当前互联网渗透率很低的偏远地区或落后国家。

氢燃料电池驱动四座飞机HY4

未来将成区域间便捷快速的交通方式

今年9月24日,全球首架使用氢燃料电池系统驱动的四座飞机HY4,于德国斯图加特机场起飞。德国航空航天中心(DLR)负责该飞机上氢燃料电池动力系统的研发制造。

HY4的氢燃料电池动力系统包括储氢装置,低温燃料电池以及蓄电池。燃料电池可以把氢能直接转化为电能,为电动机提供电力驱动飞行;锂离子电池则用于满足起飞和爬升阶段飞机的峰值功率需求。

HY4飞机客舱分成两部分,以承载更多的重量,每个机身可以搭载两名乘客。未来,HY4这一类的小型飞机将为区域间提供一种非常便捷快速的交通方式。

德雷珀MAJIC喷气背包

帮助宇航员在微重力下保持稳定

在零重力环境下,完成精确动作十分困难。譬如说,在没有帮助的情况下,小小的扭动一下扳手,整个人就可能飞出去。这让宇航员在执行任务时,许多涉及探测的基本操作都十分受限。

宇航员们无疑需要一个稳定的工作平台。因此,德雷珀公司决定用一种新的喷气背包来应对这个挑战。该公司曾与宇航员合作,他们了解空间探测需要的运动,并在系统模拟中建模这些运动任务。其研发的MAJIC喷气背包,将推进器和控制力矩陀螺仪(CMG)结合起来,可以帮助宇航员在微重力下工作时保持稳定。

该公司计划能在十年内开发出一个“外太空版本”,也就是在舱外使用,以方便未来宇航员们探索小行星以及火星。