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[百家杂谈] 宇航员想拉粑粑了怎么办?这是一个非常复杂的科学问题|造就第341位讲者 杨峰

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发表于 2018-9-13 04:40 PM |显示全部楼层








宇航员想拉粑粑了怎么办?这是一个非常复杂的科学问题
造就 TALK · 2018-09-05

造就第341位讲者 杨峰

天仪研究院CEO


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我先问大家几个问题。

宇航员戴着巨大的头盔、厚厚的手套,如果他突然感到鼻子特别痒怎么办?

答案是忍着。

当他穿着宇航服,在如此密闭的环境下突然放了一个屁怎么办?

答案还是忍着。

如果他突然拉粑粑了怎么办?

这个答案就不是忍着了。


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这是一个非常复杂的科学问题,也是一个在天上会经常遇到的问题。NASA就曾在2016年向全世界征集过这样的创意,看谁能够解决宇航员在宇航服内排泄的问题。

在我们公司刚刚成立的时候,我参加过一个媒体的活动,我去到那边,看到有一间名为“High Tech(高科技)”的分会场,我径直走了进去,但是被会务人员请了出来。那个工作人员跟我说,我在“Day Dream(白日梦)”那个分会场。当时我就非常地郁闷,我认为自己是一个科学家,你为什么让我去讲白日梦呢?!

 

 Day Dream? Day Life!


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可能很多人会觉得,航天干的都是一些虚无飘渺的事情,就像Day Dream(白日梦般)的事情,但我要告诉你们,航天真的不是Day Dream,而是深入咱们生活的Daily Life!我们生活当中方方面面的各项技术都直接或间接地来自于航天。

比如说计算机领域,不管是早期的硬件还是软件,几乎所有的研发资金都来自于航天;比如说医学领域,我们经常用到的CT、核磁共振,甚至连验血这么简单的东西,最早都来自于航天;比如说民生领域,我们的衣(小朋友用的尿不湿)、食(净水机进化技术)、住(楼房的保温技术)、行(GPS技术)都来自于航天。


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说到“行”,这件事情最让我不爽!大家都知道,我们现在的生活已经完全离不开GPS定位和导航了,整个移动互联网行业都是基于此建立起来的,移动互联网行业出了非常多的独角兽公司,通过这些技术赚了大钱。

可是导航是谁干的呢?是我们航天人!我们航天人把脏活、累活都干了,然后移动互联网人把钱都挣了,这件事情让我心理非常的不平衡。

 

航天人到天上干嘛去了?

 

接下来,再问大家一个问题:航天人都到天上干嘛去了?

 

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这是一张航天员出舱图,我想告诉大家,航天员上天不是去体验太空旅行的,也不是去拍照的,而是去做各种各样的科学实验。

我们国家第一个太空行走的航天员叫做翟志刚,他第一次太空行走花了10分钟出舱,从舱外抓回一个实验装置。这个装置是我们公司的CTO任维佳组织研制的,它既要能在飞船发射的过程中经受住火箭的剧烈振动,又要能让航天员在出舱后,在没有任何重力及支点的情况下非常迅速顺利地拆解下来。


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宇航员在天上做着各种各样的科学实验,他们是为了得到一些新的发现,验证一些新的技术。正是因为有了过去的航天探索,才有了我们现在日常生活当中所用的种种技术;正是因为我们现在在做各种先进的技术实验,才会有我们未来的技术应用。


面向未来的空间技术


现在我想跟大家介绍一下空间实验,它分为两大类。第一类叫做“空间科学实验”,主要是为了发现新的自然规律,开拓新的研究领域。

第二类叫做“技术验证”,主要为了验证航天领域的新技术及新实验,探索解决传统问题的新途径。我将各举一例来告诉大家,这将对我们未来的生活有什么影响。

日本人做了一台设备,叫做“静电悬浮炉”,我对此很有感情,曾在该工程领域花了多年时间去做研究。 

静电悬浮炉是一个材料制备的装置,它的研发目的是为了在空间站内将材料的样品在悬浮的状态下进行熔化和凝固。为什么要在悬浮的状态下呢?比如说钨,它现在是地球上所有元素中熔点最高的,高达3400摄氏度,如果我在地球上把钨完全熔化,那我该用什么容器去装它呢? 

而在太空中,让它处于悬浮的状态下,我可以用任何材料去让它熔化、凝固,再去制备一些新的材料,去研究一些材料的物理特征,从而获得一些我们在地面上根本没法研究获取的知识及新材料。

这里我想举一个例子,当时我们在研究这样的一台设备时,做了一个非常有意思的研究。我们拿着玻璃的材料,让它在悬浮的状态下熔化,之后又再将它凝固,最终得到一种非常特殊的、玻璃状的小圆球,然后我们找了一个钻石切割机构,将它切割成了钻石的形状。


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我们发现,这个小圆球的折光率居然跟钻石一样,而且它的火彩非常漂亮,且硬度也只比钻石稍低一点点,所以当时我们就给它取了一个名字,叫做“space diamond(太空钻石)”,所以现在中科院有非常多的科学家夫人手上戴的都是这玩意儿,只是她们都不知道,还都以为是真钻石。

再说另外一个大家比较熟悉的技术——“3D打印”。大家对于地面的3D打印都非常熟悉了,但是大家有没有考虑过空间3D打印?其实在地上,无论是何种材质及技术的3D打印,都是基于重力的状态,一层一层打印出来的。但是在太空中,由于没有重力环境,太空的3D打印非常困难,但我们还是要去实验这个技术。为什么?


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比如说,美国宇航局(NASA)最怕听到宇航员在天上说:“Hey houston,We got a problem,我现在缺一个螺钉。”

地面会回复说:“好的,你等一下,我给你造出来,然后明年发射的时候再送上去。”那个宇航员一定会很崩溃。

可是如果有了空间3D打印技术,就可以在地上花几分钟设计出一个螺钉,再把图纸发上去,宇航员在天上就可以直接打出来用了。

大家可以想象一下,如果我们未来要去做月球基地、火星基地,我们不可能把砖头及各种基建材料都背上去吧?那时候,我们就可以使用这种空间打印技术,飞到哪,直接就地取材地去做太空制造,这就是面向未来的技术。


中国空间站科学实验


中国现在正在筹建自己的空间站,但是它的规模要比国际空间站小很多。并且,国际空间站已经搞了那么多年,做了一千多项实验,而中国空间站最早规划的一批实验只有70项。

可能很多人会问,既然空间科学实验这么有价值,为什么不多做一些呢?为什么我们国家花了这么多钱搞载人航天,却只能做70项实验呢?因为空间科学实验实在是太大、太贵、太慢了!

中国从1992年开始做载人航天,预计到2022年完成空间站建设,这几十年时间,我们要投入近千亿人民币。第一期的实验,只有70项,大家可以算算每一个实验相当于花了多少钱?


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在这种财力有限、时间有限、资源有限的情况下,空间科学实验的机会更变得异常宝贵。我们在第一次向全社会征集空间科学实验需求的时候,就收到了一千多份需求,但是要从中选取70项,可见竞争是多么激烈。

说完了空间站,我们再说说科学卫星。大家都非常熟悉潘建伟院士的量子通讯科学实验卫星,对于潘院士这么有能力、有名气、有资源的大科学家来说,他想要做空间实验,其实也只有一条路——找国家报项目、要经费。


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即便是潘建伟院士,他要做一项空间实验,尚且需要10年,花上10个亿,何况其他那些科学家?也许要30年才能有这样的一次机会,甚至有的科学家一辈子都没有机会。

我有一个朋友,年纪轻轻就当上了NASA的专家,他回国后想做一些空间科学实验,但他发现自己完全没有机会。那些比他名气大得多的院士还在前面排队,他预测自己可能要到2025年才有机会排上,但排上队后能否成功申请后这N个亿的经费,又更是一个未知数。


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与此同时,那些在技术领域小有名气的企业,也希望可以进行空间科学实验。

比如说,有的企业太阳能电池做的非常好,他们认为自己的产品更轻、更便宜、更有效率、指标更高,但他们完全没有机会进入到航天产品的供应链里去,因为他们绝对不会得到上天验证的机会。


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但如果不通过验证,航天系统就绝对不会用他们的产品,因为产品的可靠性无法得到保证……这就变成了是鸡生蛋还是蛋生鸡的问题。


微小卫星科学与技术实验服务


在这样的背景下,我们想到了做“微小卫星”,希望用这个方法去帮助空间科学实验更快、更简单地去实施。虽然它不可能取代大卫星去做大型科学实验,但是它却可以做一些小型的科学实验。

原来我们可能需要10年的时间去做成一件事,现在只需要1年就可以了;原来需要申请几亿的经费,现在只需要几百万就可以了。


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除此之外,我们还提供各种灵活的机制来帮助科学家去更快地实现梦想。我们希望把原来“高举高打”的模式变成“小步快跑”,希望把原来“十年磨一剑”的方式变成“每年都有进步”。以前,我们希望直接从0到1;现在,我们希望非常快速地去实现0.1,把1拆解成10个0.1,然后一步一步地去完成。

我们公司于2016年1月成立,到当年11月的时候,就研制并发射了第一颗小卫星。到目前为止,我们已经发射了4颗小卫星,今年四季度预计还有4次发射,一共是10颗卫星。

大家可能很难想象14颗是个什么概念?这么说吧,我们现在的速度位列全世界所有同期做卫星的公司里第一位。


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此外,我们还跟国内外各大机构建立了合作,其中有一家是清华大学天体物理中心。我们已经跟前面说的那位刚刚从NASA回来的科学家建立了合作,预计今年10月,就可以把他的引力波电磁对应体探测卫星送入太空。

这是一件让我们非常、非常兴奋的事情,在这件事情上,我们将会领先于NASA。

我们把一个引力波探测的大科学工程拆解成一个个小的科学工程,我们不去直接探测引力波,而是去间接探测引力波的电磁对应体,然后我们再把这个小科学工程拆解成24颗小卫星,去一颗一颗地去实现。


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如此一来,我们把一个需要数十年才能完成的工作缩短到每一年都可以完成几个小目标。

可能有人会说,我们为什么要去研究引力波?引力波对我们到底有什么价值?我想说的是,正是在100年前,有人发现了电磁波,才有了现在的无线通信;那么也正是因为我们现在发现了引力波,未来的太空探索才存在着可能。

我们希望通过微小卫星的方式,让空间科学跑得更快,让未来到得更快。

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