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第12章 应用科技篇(5)

变色龙周身长满了颗粒状鳞片,具有一种能随景变色的特异隐身功能。这种功能可以根据所处环境的不同色彩、亮度,随时改变变色龙皮肤的颜色,时而呈褐色,时而呈绿色,甚至变成黑色或黄白色,从而与周围环境相适应,与周围景色完全融为一体,变色龙真可谓“隐身天才”。

科学家受变色龙变换肤色的启发,致力于研制涂料、染料及其他材料,以使这些材料能随着光照、热辐射或其他物理场变化而自动改变颜色。科学家们在这方面已获得了突破性成果。如美军采用光变色染料染织的纤维布制作成迷彩服,这种迷彩服能随穿者所处环境而改变,在瞬间变换色彩;在普通光照下呈军绿色,在夜间呈黑变;当受到核爆炸的光辐射照射时,即会在0郾1秒钟之内变成白色,从而可大大减轻光辐射对人体的危害。这种衣服所起的作用就像变色龙的皮肤一样,战士们穿上这种有变色功能的衣服,就会成为名副其实的“变色龙”。

推而广之,这种技术也可以应用于其他武器装备的伪装上。如后来发明的一种涂刷到军舰、飞机、坦克等兵器上的变色油漆,这种变色油漆能在晴天呈银灰色,在阴天呈暗绿色,夜间或受到红外线照射时呈黑色。变色漆还常用于涂刷各种易发热的工业设备,比如飞行器、电动机、防热隔层等,使这些设备的表面颜色随温度而改变,用以报告温度的变化,还能凭借它来预防因过热而发生的事故,所以人们称它为“示温漆”。

在现代战争中,已广泛运用光电、传感,微处理技术等高科技,从而使单一的目视观察战场侦察体系,发展成为综合运用光学侦察、雷达侦察、热成像侦察、遥控传感器侦察等空地一体、全方位、全天候的侦察体系。这种侦察体系侦察功能强大,普通军服往往会被其瞬间识别,只有迷彩伪装能与其针锋相对,高性能的侦察体系导致了防光学、红外、雷达等综合侦察的新型染料、涂料和机具不断涌现。人们还将铝、铜、铁或特殊合金材料等导电纤维掺入树脂中,制成用于迷彩飞机、坦克、军舰、火炮、导弹等兵器的防雷达侦察涂料,这类涂料能有效地吸收、消耗雷达波的电磁能量。

专家们还研制出种种防红外侦察涂料,这种涂料是专门针对红外侦察器材和红外制导武器的特性而制造出来的。利用防近红外侦察涂料迷彩的目标,能让目标与周围背景的色彩相互协调,使安装有红外夜视仪,即一种自身带有红外光源的发射系统,无法发现目标。经过防红外侦察涂料迷彩的目标,其涂层能吸收目标辐射的红外线,并将其转化为其他形式的能量,隔绝“屏蔽”红外辐射,或发生漫反射,从而降低热目标的显著性,这样能使目标避开红外侦察。

这些能使目标得到隐蔽的迷彩,也能让热成像仪等侦察器材迷茫。

人类自身虽然没有变色龙的变色机质,但伪装的本领却越来越强,可见人类的创造力是无穷的。

人类的忠实助手——机器人

早在很久以前人们就期望能够创造一种机器以帮助人类完成各种困难繁杂的任务。机器人的诞生使人类的梦想终于成真。

自从首台机器人在20世纪60年代末问世以来,目前世界上活跃在工业生产、工程抢险、海洋打捞、服务行业、医疗卫生等领域的机器人共有67万台之多。使用机器人不仅能够提高几倍到几十倍的劳动生产率,而且还能节约能源和原材料,提高产品质量,把人类从有害、有毒、危险、恶劣的环境中解放出来。

因此说机器人技术对经济的发展和人类社会的进步具有深远影响。

现在,机器人已在一部分喷漆、焊接以及装配工作中担当了主角。喷漆是一项十分繁重而又使人厌烦的工作;而且长期从事喷漆工作还容易得职业病,患上二甲苯中毒症。目前发达国家的机器人几乎承担了全部的喷漆工作。而负责电弧焊的机器人则更无愧于“优秀焊接工”的称号,由于加入了更多技术含量,使电弧焊机器人能观察焊接状态,决定焊接条件,如电压的强度,并通过控制程序对这些数据进行贮存和计算,对零部件实现自动焊接。

我们常用“蓝领工人”和“白领工人”来称呼工厂中的体力劳动者和脑力劳动者,那么称呼活跃在工厂的不穿工作服的机器人为“钢领工人”,就更名副其实了。

最初的机器人被称作是“示范再现型机器人”,它只有一只机械手,能够学会一些简单的动作。但要通过人反复示范、多次重复来教它学习。所以,专家们就给它取了这样的名字。作为不知辛劳的工人,机器人活跃在生产第一线,深受人们赏识。

后来,视觉传感器和听觉传感器被加在了机器人身上。这时的机器人就像是长出了“眼睛”和“耳朵”,稍微复杂一些的工作它也可以做了。随后,装有力觉传感器的机器人也诞生了,它能轻轻地、不把鸡蛋捏破地抓放鸡蛋,还能进行精密的装配工作。

机器人发展的高级层次是具有“大脑”的智能型机器人。它像人一样具有感觉,也就是说它能将味觉、触觉、嗅觉甚至听觉融合在一起。智能机器人,是机器人家族中的佼佼者。它能进行逻辑分析、推断决策,并且有自觉和自制的能力。由此,我们可以这么说,机器人也在进化,这点也是和人一样的。

机器人勤勤恳恳、不辞劳苦,从繁重的体力劳动到精密的装配工作,都干得得心应手。机器人还能装配机器人,为自己“传宗接代”。机器人还特别勇敢。不管是幽深的海底,还是高远的太空,甚至是面对让人谈“核”色变的反应堆,它们都有胆量闯一闯。

机器人常在海底寻找飞机残骸和遇难船只。比如1985年6月23日波音747客机在大西洋上空失事,它的黑匣子,就是机器人“圣甲早10号”在海底找到的。美国航天飞机“挑战者号”爆炸后的残骸搜寻工作也是机器人协助完成的。

而机器人更是实现了人类的太空梦。1997年7月4日美国“漫游者”六轮火星探测机器人在8个月的漫漫旅途之后登上了火星,开始了探险的历程。

1986年,机器人参加了苏联切尔诺贝利核电站事故的抢险工作。由于核电站对人体有辐射作用,这使机器人有了大显身手的机会。核反应堆里的机器人具有很强的自我适应性。这种机器人,除了移动和旋转自由灵活外,还具有视、听、触等感官,与刚开始的机器人相比,已经有了很大的发展。

机器人不仅直接参加生产活动,还为人类提供多种服务。在国外,经常抛头露面的“娱乐机器人”,由于能歌善舞,能说会道,很招人喜欢,它们常在展览会上接待客人,招揽生意,这已经不再是新鲜事了。另外还有些服务型机器人,它们可以照顾残疾人,为盲人引路,甚至可以为家庭和公共场所提供清扫卫生等服务。

另外新一代的智能机器人已经在医护领域初露锋芒。在美国,机器人成功地为一名心脏病患者施行了心脏手术并进行了缝合。由于机器人精确度高,且不含感情色彩,使预定的方案能够丝毫不差地在患者身上实施,所以,称它为“最冷静的外科医生”不足为过。

当今机器人的发展日新月异,世界机器人目前的平均密度是万分之一,也就是说,每1万人就拥有1台机器人,到21世纪中叶,将会发展到平均1000人就拥有1台机器人。美日等国都制订了大规模的机器人发展计划。机器人的发展前景是美好的。智能化、小型化是机器人的发展方向,而且将来机器人也会更灵活、更精确、更便于使用,也更安全可靠。

相信在不远的将来,机器人也会走进你的生活,或许将来会成为你家庭一员。将来有一天,机器人或许也会变得像人一样充满感情……

航天器的“软着陆”

1997年7月4日,美国采用特别的防护技术——防碰撞气袋,使“火星探路者”号火星探测器在火星表面成功“软着陆”。探测器所携带的6轮火星车“火星漫游者”号在防碰撞气袋的保护下毫发无伤地登上了火星表面,充分发挥了它作为这次探测的主角的作用。这是人类的车辆首次在火星上行驶。

人类进军火星的第一步是使探测器掠过火星,在掠过火星期间用仪器对火星进行考察。

第二步是向火星轨道发射探测器,使探测器环绕火星作长期观察。

第三步是向火星表面发射探测器,使探测器放出着陆器在火星“软着陆”。

这次以“火星探路者”号为代表的火星探测第四阶段,主要目的是通过6轮火星车“火星漫游者”号实现对火星较大范围的移动考察。这辆火星探测车是在地面工作人员的遥控之下工作的。

其实,早在掌握“软着陆”技术之前,人类还使用过“硬着陆”方法,也就是不对着陆器装备采用任何减速装置的撞毁式方法,利用着陆器坠毁“以身殉职”前的短暂时机进行探测。例如人类航天史上第一个到达行星表面的探测器就是在金星“硬着陆”成功的,该探测器就是苏联于1966年3月1日发射的“金星”3号探测器。

在这次探索火星的过程中,如果着陆失败,耗资2郾63亿美元的“火星探路者”号就会毁于一旦。于是开创了航天器“软着陆”的先河,采用了防碰撞气袋防护着陆法。这种方法,说“软”却“硬”,似“硬”实“软”。

何谓防碰撞气袋防护着陆法呢?科学家们给“火星探路者”号着陆器穿上了一件由可充气气袋组成的蓬松外衣。当着陆器飞行至距火星表面160千米的高度时,由于制动火箭和减速降落伞的作用,着陆器的速度已减至每秒20多米,然后不再减速,就像是“硬”着陆一样直接冲向火星表面,着陆器的质量达570千克,以这样的速度撞在火星表面上,所产生的冲击力是巨大的,着陆器一定会因受到巨大冲击力而被摔得七零八落。但在距撞上火星表面还剩8秒钟的时候,装在着陆器外表面上的几十个气袋(每块面板上6个)同时充起气来,瞬间充气形成了一个直径达6米多的球体,砰的一声震动,落到火星表面上,立即又被弹起将尽20米高,弹跳了3次,又滚动了1郾5分钟才稳定下来。

着陆器及其内部所携带的仪器却都安然无恙。

气袋中的气在着陆后几小时内被放掉,着陆器的面板打开,造价2500万美元的火星车“火星漫游者”号驶向着陆器的坡道,在地面工作人员的遥控下,开始了火星上的科学考察工作。

这次利用防碰撞气袋“软着陆”成功的经验,为以后航天器的“软着陆”开辟了一条更加安全、简便、省钱的道路。科学探索的道路是永无止境的,人类在这条道上一定会越走越宽广,世界航空航天技术也一定会越来越发达。

上帝的礼物——风力发电

煤和水都是不可再生资源,如果不节约利用,总有一天它们都会枯竭。而风,却是一种用之不竭的能源,只要空气在流动,就会有风。于是科学家们不断研究,充分利用风能建立风电场,把它应用在发电技术上。

一般沿海、海岛和边远的山谷风力资源比较丰富,近年来一些国家为了充分利用资源,在这些地区建起了“风车田”,即我国所称的“风电场”。一排排风力发电机排列有序地坐落在风电场里,将发出的强大电力送入电网。的确,风电场发电成本较低,建设工期短,是充分利用风能最有效的方式。

随着美国开发风电场的成功,世界上许多地方也都纷纷建起了风电场。在美国加利福尼亚洛杉矶以北,由5100台风力发电机组成了一个规模巨大的“风车田园”,这是目前世界上最大的风电场,一年能发电14亿千瓦时。

我国到1996年为止已建成17个风电场,全国风能资源总储量16亿千瓦。我国风力资源最丰富的地区在新疆,共有9大风区。我国最大的风电场是新疆达坂城二发电场,总装机容量为1郾07万千瓦。

虽然风能具有无污染、可再生等特征,但是要想利用风力来发电,可不是件容易的事。因为风也是变幻不定的,它时而转向,时而大小不定,并不为人控制。尤其是,空气密度仅是水的1/816,所以想让风能与水能效率相同,就要做比水轮机直径大几百倍的风力机风轮。可是,风力发电机的风轮叶片又不能做得过长。1945年在格兰帕斯诺布的一台1250千瓦的风力发电机,运行了16个月,后因无力支撑重达8000千克的叶片而最终折断了。所以必须降低风力发电的成本,提高风力发电机的效率。尽管风能难于驾驭,人们还是千方百计地想利用它。1891年丹麦建立了世界上第一座风力发电站。美国也是搞风力发电较早的国家之一。我国风力发电总装机容量已达到2郾6万千瓦,对风能的利用发展迅速。在我们国家,利用风能的最大特色是建立了许许多多1千瓦以下的微型风力发电机,它们为捕捉风能立了大功。其实微型风力发电机结构简单,发电机发电就是靠安装在风力机水平轴上的两个叶片的风轮迎风转动。风力发电机可以通过蓄电池把用不完的电贮存,需要时再用。如果风力太大,风力机承受不住,风轮就会在制动装置控制下停止转动。

现代的风力机一般由风轮系统、传动系统、能量转换系统、保护系统、控制系统和塔架等组成。风轮轴和装在轴上的叶片组成的风轮是风力机的主要构成部分。风吹动叶片,使风轮旋转,再通过传动轴的带动,发电机就能发电了。

叶片形状类似于直升机的旋翼。

目前研制的风力发电机有很多成本不高的类型。按额定功率的大小,可划分为小于1千瓦的微型,1—10千瓦的小型,10—100千瓦的中型和大于100千瓦的大型发动机。

而最常用的风力机是水平轴风力机。这种风力机在风速超过额定值时,风轮将被提起,从而起到自我保护作用。它的风轮轴与地面是平行的,叶片绕水平轴线旋转。现在一些国家正在研制垂直风力机。顾名思义,这种风力机的风轮轴与地面是垂直的。它不像水平轴风力机那样,方向随风向转动,而是可以在任何风向下运行,它方便的设计、制造、安装和运行很有发展前途。因为海面宽阔又毫无阻挡,所以海洋上的风力资源更为丰富。科学家根据海风的特点,专门设计了使海上风能得以充分利用的风力机。

近年来,除了传统的风力机外,各国科学家还在加紧研究探索怎样通过较小的风轮扫掠面积来收集更多的风能,以便发明出发电效率更高的各种新型风能转换装置。

我们相信,经过不断的努力,风电场会设计得更完备,风力发电技术也会越来越高,为人类提供更多的服务。

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