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2014年航天探索大事记

5、波音、SpaceX赢得商业载人发射合同

波音的CST-100(左)和SpaceX的载人龙式飞船,将运送美国宇航员往返国际空间站。图片来源:Boeing/SpaceX/Spaceflight Now

9月16日,NASA宣布选择波音和SpaceX签署价值68亿美元的合同,在2017年年底之前开发、测试并发射载人飞船,运送美国宇航员往返国际空间站。这两家公司将开发不同的飞船,有能力将最多7名宇航员运送到近地轨道。

航空航天巨头波音公司的合同价值42亿美元,投资给该公司设计制造的CST-100飞船。这种飞船将由联合发射联盟(ULA)的阿特拉斯5型火箭运载,从卡纳维拉尔角发射升空,返回时将使用气囊垫着陆在美国西部。

SpaceX则是航天工业界一家正在迅速成长的新企业,赢得了26亿美元的合同,以完成他们载人龙式飞船的开发。这种飞船将由该公司的猎鹰9型火箭运载,从佛罗里达的肯尼迪航天中心发射。按照SpaceX官方的说法,这种新式飞船的首次飞行很可能会借助降落伞返回地球,但最终这种飞船会在火箭发动机的推动下,完成精确的直升机式的着陆。

波音和SpaceX计划在2017年年底完成各自飞船的试飞,从而终结NASA必须依赖俄罗斯的联盟系列飞船运送宇航员往返国际空间站的现状。

4、维珍银河太空飞机失事,试飞员丧生

试飞员彼得·西博(左)在10月31日“太空船二号”的事故中受伤,副试飞员迈克尔·阿尔斯伯里(右)在事故中丧生。图片来源:Scaled Composites

10月31日,维珍银河公司的“太空船二号”(SpaceShipTwo)火箭动力飞机试飞时在美国加利福尼亚的莫哈韦沙漠上空失事,两名试飞员一死一伤。

这架太空飞机是在莫哈韦沙漠上空15000米的高度,从运载它的“白色骑士二号”飞机上被投放后不久,发生事故而在空中解体的。试飞员迈克尔·阿尔斯伯里(Michael Alsbury)在事故中丧生,彼得·西博(Peter Siebold)则在事故中受伤。

对维珍银河公司来说,这起事故是一场重大打击。这家太空旅游公司由理查德·布兰森(Richard Branson)创立,总部位于美国加利福尼亚的莫哈韦,原打算利用这架飞机作亚轨道飞行,将富有的乘客带到距离地面超过100千米的高空——这是国际公认的所谓太空边界。该公司正打算研制“太空船二号”的第二个版本,但联邦调查人员预计,事故调查至少要拖到2015年年中才能完成。

初步调查目前的重点在于“太空船二号”的制动系统被过早启动,这有可能导致这架飞机在火箭发动机点火后几秒内发生解体。

3、安塔瑞斯货运火箭发射时爆炸

安塔瑞斯火箭升空时爆炸的瞬间。图片来源:NASA

10月28日,安塔瑞斯货运火箭从美国弗吉尼亚东部海岸的发射塔架起飞,离地仅几秒钟后便炸成了一团火球,原本打算送往国际空间站的无人补给飞船也被炸毁。

这枚火箭的爆炸提醒人们,航天飞行是一件危险的事情——这是世界各地一代又一代的工程师和科学家一而再再而三的从失败中学到的教训。这场故事导致轨道科学公司研制的安塔瑞斯火箭和天鹅座货运飞船暂时停飞,也使得国际空间站失去了来自地球的一条补给线。

不过,不用为国际空间站上的宇航员担心,他们仍然能够通过SpaceX的补给飞船、俄罗斯的进步号货运飞船及日本的HTV货运飞船获得补给和实验设备。

安塔瑞斯火箭爆炸的原因,现在被追溯到火箭第一级的一台AJ26发动机上。图片来源:NASA/Joel Kowsky

轨道科学公司的工程师,已经将火箭发射失败的原因追溯到火箭第一级的一台AJ26主发动机上。这台火箭发动机是40多年前由俄罗斯制造的,原本打算用于苏联时代的N1登月火箭。上世纪90年代,这台发动机被进口到美国,用在了美国的运载火箭上。

这起火箭爆炸事故促使轨道科学公司使用其他发动机重新设计安塔瑞斯火箭。该公司已经选定了由莫斯科NPO Energomash制造的RD-181火箭发动机,这是根据阿特拉斯5型火箭、天顶星火箭和安加拉火箭上使用的发动机改造而来的新型发动机。

升级后的安塔瑞斯火箭将在2016年首飞。与此同时,轨道科学公司定购了一枚联合发射联盟的阿特拉斯5型火箭,在2015年底至少向国际空间站发射一艘天鹅座补给飞船,以继续执行该公司和NASA签订的价值19亿美元的货运合同。

2、猎户座飞船完美完成首次试飞

猎户座飞船由德尔塔4重型火箭运载,从卡纳维拉尔角发射升空。图片来源:NASA

12月5日,NASA新一代的猎户座飞船,由联合发射联盟的德尔塔4重型火箭运载,从卡纳维拉尔角发射升空,完成了环绕地球2周、为期4小时的处女航。

这个重约21000千克的航天器环绕地球一圈后,火箭上面级再次点火,将猎户座飞船推升到了大约5800千米的高度,比国际空间站还要高大约15倍。之后,猎户座在太平洋上空再入大气层,溅落在圣迭戈西南约960千米的海上。

这是猎户座飞船的第一次完美试飞,在真正载人之前,对飞船的硬件风险以及航空电子、辐射防护、隔热罩及着陆系统进行了一次综合性演练。

猎户座是NASA的深空航天飞行器,将把宇航员送往太阳系中前所未至的更遥远的地方,例如小行星,甚至最终前往火星。

1、人造探测器首次着陆彗星

“罗塞塔”探测器拍摄的67P彗星的全貌,摄于2014年8月3日。图片来源:ESA

11月12日,近年来或许称得上最大胆的探测任务迎来了高潮,一场困难重重的探险故事在一颗距离地球大约4.8亿千米的一颗彗星上。

这个故事包含几乎所有的元素:一个没有被探索过的异星世界,两个英勇无畏的机器人“罗塞塔”和“菲莱”,没有经过尝试却要求驾驭物理定律的一次机动变轨,还有或许是最重要的——人类探索的梦想。

如果那一天你通过互联网或者电视关注过“菲莱”降落和着陆的直播,你一定会对那帮神情紧张、紧盯着电脑屏幕、等待探测器从彗星表面传回数据的科学家印象深刻。

信号传来,泪水涌出,香槟被打开,随即科学家开始了紧张的工作。

这样的场景可能不太符合你对探索新世界的想象,但在2014年,这是太空探索的高潮时刻。

“菲莱”的故事并没有随着它的着陆而终结。这个探测器用于固定的鱼叉系统没有启动,导致它在彗星上反弹了上百米高,最终停留在了距离目标着陆点超过1千米的冰裂隙中。尽管过程曲折,“菲莱”仍然传回了人们期待以久的科学数据,并拍摄了周围的环境,随后由于电量耗尽而陷入了沉睡。

科学家希望,随着这颗彗星在2015年越来越靠近太阳,“菲莱”还能够醒来,进行更多的测量。

“菲莱”着陆后从彗星表面发回的照片。图片来源:ESA

在“菲莱”之前,没有任何航天器在彗星上着陆。11月12日的着陆,以及此前3个月母船“罗塞塔”抵达67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星,给科学家提供了前所未有的、近距离观察这一古怪星球的机会。

这颗彗星像煤一样漆黑,表面存在着山脊、悬崖和奇形怪状的巨石,整体形状就像一只大黄鸭——由头和身体两个部分靠在一起构成。

欧洲空间局的“罗塞塔”任务,花了10年时间在太阳系中盘旋,才在2014年抵达了67P彗星,开始对它进行长达1年半的伴飞观测。这一任务让研究者有能力研究阳光如何加热彗星这样的冰质天体,如何通过数不清的裂隙和喷口将水蒸气及其他分子释放出来。

目的是什么?是为了研究行星纷乱复杂的形成过程,以及生命本身的起源。科学家相信,彗星上包含有46亿年前太阳系诞生时被冰封至今的原始物质。

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【论文故事】“原子积木”搭出新材料

“变小、变小、再变小”这句咒语,仿佛在不断推动着新材料的进步。人类每一次在材料上的突破,都促进了科技的进步。如今,科学家已经能在原子尺度上制作新材料了,像搭积木一样,把不同单原子层材料一层层“搭”起来。

用传统方法合成不同的单原子层二维材料时,就像玩乐高积木,积木的颗粒尺寸必须相同才能互补搭配。想将两块“原子积木”顺利搭在一起,只能由具有十分相似的原子分布的材料组合而成,不然它们无法粘合在一起。比如,要与六边形原子分布结构的石墨烯堆叠,研究人员需要先合成出与之相似的六方氮化硼,才能合成出含有六方氮化硼夹层的石墨烯材料。该材料可用于制造光电传感器。

那么怎么才能将不同性质的原子材料搭在一起,获得更丰富的材料呢?最近,北京交通大学光电子技术研究所与堪萨斯大学的研究团队,成功地将单层石墨烯与单层二硫化钨这两块“积木”,依靠范德瓦耳斯力(分子间作用力)相连,组成了新的材料,并将其应用于太阳能电池以及柔性光电子器件。研究论文[1]11月发表在了《自然·通讯》(Nature Communications)上。

用胶带粘出单层原子

近些年得到广泛关注的新型单原子层材料石墨烯,拥有出色的电学性能以及机械强度等特性,对科学家有着不小的帮助。在这次研究中,研究团队把石墨烯和单层的二硫化钨当做了“原子积木”。石墨烯有着极高的电子迁移率,而单层的二硫化钨可以高效吸收太阳光,并将其转化成电能。合成的新型材料结合了这二者的特性,可以有效地提高太阳能电池的性能。

研究团队成功将二硫化钨(上层)与石墨烯(下层)搭在了一起。图片来源:University of Kansas

如何获得仅有一个原子层那么薄的材料呢?大家应该都有过用胶带粘纸上的错字的经历。而制备单层石墨烯的过程与之类似——研究团队利用透明胶带,采用机械剥离法从石墨晶体上制备出单层的石墨烯,并转移到一种硅的衬底上。然后,利用相同的方法,他们又得到了单层的二硫化钨。

机械剥离的方法虽然看起来简单,其实难度可不小。“机械剥离法的缺点主要是产物尺寸不易控制,无法可靠地制备出长度足够的石墨烯,无法满足工业生产的需要。”何家琪告诉科学人,“但它的优点是简单易行,对实验室条件要求较低,容易得到高质量的石墨烯。”

利用胶带,采用机械剥离法得到单层石墨烯。图片来源:sknust.de

如何把“原子积木”搭在一起?

准备好了单层原子材料石墨烯和二硫化钨后,该如何把只有一层的“原子积木”准确地搭好?

在显微镜的辅助下,研究团队精确地将石墨烯覆盖到二硫化钨上。为了去除制备过程中引入的不必要的杂质,他们需要将材料加热到260℃处理半小时。这种方法可以利用材料之间的作用力将杂质挤出去,从而留下一个干净的表面[2]。这样,新的材料就诞生了。

通过这种方法,研究团队让两个原子层通过范德瓦耳斯力——也就是分子间的微弱作用力连在一起。“由于层与层之间的作用力较弱,因此可以任选两种材料,并将一种材料放到另外一种材料的上面。”何家琪介绍说,“这种方法可以将更多的材料粘合在一起,从而制造数量可观的新材料。”

将材料顺利搭好后,就离成功就还有一步之遥了——测试新材料是否能成为合格的异质结(作者注:两种不同半导体材料组成的接触界面,电荷可以在两者之间流动),在它的岗位上把光能转化为电能。研究团队对其进行了超快激光光谱测量,结果发现其层间电子发生了超快且高效的转移与复合现象。

一个新型材料终于搭建完毕,这也是世界上首次成功合成的单层石墨烯-单层二硫化钨异质结,并对其进行了超快激光光谱测量。两块不合适的积木,通过范德瓦尔斯力成功搭在了一起。

好奇心不止,搭更多“原子积木”

该研究中新材料的合成,让人们看到新型柔性太阳能电池和显示屏幕的曙光,你的手机屏幕会快能随意折叠了。研究团队仍像好奇的小孩子一样,在努力研制更多“原子积木”,如单层MoS2-MoSe2范德瓦尔斯异质结,它有更好的光电性质,可应用于光伏器件和光探测器件。说不定哪一块积木,就会成为改变世界的那一块。(编辑:球藻怪)

参考文献:

  1. He, Jiaqi, et al. “Electron transfer and coupling in graphene–tungsten disulfide van der Waals heterostructures.” Nature communications 5 (2014).
  2. http://localnews.bjtu.edu.cn/jiaoxuekeyan/2014-11-27/105561.html
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【论文故事】生物钟乱套,记忆也受连累

一直熬夜看球,经常跨时区出差?长期不规律的生活习惯可能让生物钟无所适从,带来一系列健康相关问题。近日发表在《科学》杂志上的一项研究显示,昼夜节律失常还可能导致记忆能力的下降。

哺乳动物的主生物钟位于下丘脑的视交叉上核(Suprachiasmatic nucleus,SCN)。在实验研究中,研究者通常利用手术破坏或基因沉默等手段打乱动物的昼夜节律。但在人类中,许多昼夜节律紊乱都是在SCN的遗传和生理结构保持完整的前提下发生的。为了在不破坏SCN的情况模拟节律紊乱对记忆的影响,斯坦福大学的一个研究小组利用短尾侏儒仓鼠(Phodopus sungorus)作为模型进行了研究。

短尾侏儒仓鼠使研究者能在不破坏动物SCN的前提下观察昼夜节律丧失对记忆功能的影响。图片来源:wikimedia.org

短尾侏儒仓鼠有着经不起连续“折腾”的主生物钟。作为典型的夜行性动物,它们的生物钟可以通过光照进行重调,如果头一天晚上仓鼠突如其来地受到提前的“天亮”,它能将生物钟调到适应白天的模式。然而,如果第二天也出了岔子,长夜漫漫而光刺激姗姗来迟,那么在接下来的几天里,这些仓鼠的昼夜节律就将完全被打乱。通过这种“相移干扰”(disruptive phase shift,DPS),研究人员得以在保持SCN完整的情况下考察昼夜节律紊乱对仓鼠的影响——如上文所提到的,这往往也是发生在人们身上的真实情况。作为对照,研究人员也对一组仓鼠的SCN进行了手术切除,致使仓鼠正常的昼夜节律丧失。

啮齿类动物天生具有强烈的好奇心,它们倾向于探索新的环境和接触新的物体。这一特点被科学家利用发展出一系列实验来测试啮齿动物的记忆能力。在这项研究中,生物钟乱套了仓鼠们要接受“T-迷宫”测试和“新物体辨识”测试的考验。

“T-迷宫”测试用于测量实验动物的空间记忆(Spatial Memory)。在一个“T”字型的迷宫中,仓鼠被放置在底部的起始点。在训练过程中,只有左侧或右侧的门开启。在仓鼠熟悉了T迷宫的环境后,T字迷宫双侧通道的门度会开启,仓鼠可以自行选择路线。如果仓鼠做出了与训练相反的选择,会被记录为一次“改变”。如果仓鼠的空间记忆力受到了影响,关于训练中那侧通道的记忆难以形成,它们在迷宫中选择“改变”的次数就会出现降低。

用于测量仓鼠空间记忆能力的T型迷宫。训练条件下,仓鼠仅被允许在T型迷宫下部和单侧通道(左侧或右侧)之间通行,在仓鼠熟悉环境后另一侧通道也被开启,仓鼠探索另一区域的次数被用于衡量其空间记忆能力。图片来源: sbfnl.stanford.edu

而“新物体辨识”测试则用于测量动物的再认记忆(Recognition memory)。这是一种陈述性记忆。仓鼠好奇的天性使得它会带着“这是个啥玩意”的心态,用更多时间研究陌生的新物体。举例而言,如果之前的训练环节容许仓鼠更多地接触苹果(当然,实验中使用的一般都是些没有气味的方块圆柱),那么在实验环节经过训练的仓鼠会选择和没见过的菠萝相处更长的时间。如果实验仓鼠的记忆出现了问题,它就很难对此前接触过的物体形成记忆,进而在新旧物体上花费相等的时间。

用于测量仓鼠再认记忆能力的新物体辨识实验。训练条件下,仓鼠被允许与一个物体长时间接触直到其熟悉这一物体。在实验条件下,仓鼠被允许接触另一个陌生物体,仓鼠与该物体的接触时间被用于衡量其再认记忆能力。图片来源: S.西尔维希耶/绘

研究人员对比了昼夜节律正常的仓鼠(ENT)、昼夜节律经过DPS干扰的仓鼠(DPS)、SCN被切除的仓鼠(SCNx),以及进行过“假手术”但并未切除SCN的仓鼠(SHAM)在上述两个实验中的表现。实验结果显示,在两个实验中,SCNx和SHAM组的表现都和对照组的正常仓鼠基本一致,但DPS组仓鼠的空间记忆与再认记忆都出现了问题,表现距离其余三组有较为显著的差异。

上图:SCNx组的仓鼠(n=11)在T迷宫任务(SA)和新物体辨认任务(NOR)中的表现都显著优于随机表现,ENT组(n=10)和SHAM组(n=11)的仓鼠同样有此表现。但DPS组的仓鼠(n=8)的表现则显著更差。昼夜节律失常的组别用蓝色显示。中图:T迷宫任务的进入通道次数跟新物体辨认任务的探索时间在各组别中没有显著差异。下图:实验结果不受通道方向的影响。图片来源:研究论文

在此基础之上,研究人员将DPS组仓鼠的SCN切除,再进行同样的实验,结果显示切除了SCN的仓鼠其记忆能力又回复到了正常水平。论文的通讯作者诺尔曼·卢比(Norman. F. Ruby)对果壳网科学人说:“我们认为SCN会对隔核(septal nuclei)产生抑制。” 此前的研究曾表明,γ-氨基丁酸A型受体拮抗剂能够一定程度恢复DPS组仓鼠的记忆能力。在生物节律混乱的情况下,SCN也许会产生一种与γ-氨基丁酸有关的信号,这一信号被传导至隔核(septal nuclei)后进一步抑制海马体的激活,造成记忆力的衰退。当SCN被切除后,这样的抑制信号不复存在,仓鼠的记忆力也就得以恢复。

这样的实验结果证实SCN在记忆的形成中扮演着重要的角色,为未来对于人类记忆的研究提供了一个新的视角。卢比向果壳网科学人透露:“我们未来将利用多种手段探寻SCN与海马体的之间的作用机制。”近期的临床研究已经发现常见于老年人群体中的记忆衰退并不应仅仅归咎于糟糕的睡眠质量,因身体机能衰退引起的生物节律紊乱同样是原因之一。当然,人类不能像仓鼠那样简单地一“切”了事,研究者正在寻找新的方法规避昼夜节律失常对记忆造成的伤害。(编辑:Calo)

参考文献:

  1. Fernandez, Fabian, et al. Dysrhythmia in the suprachiasmatic nucleus inhibits memory processing. Science 346.6211 (2014): 854-857.
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《自然》杂志:“菲莱”在彗星上的64个小时

“菲莱”着陆后拍摄的照片。图片来源:ESA

艾麦乐/编译)“谈到这张照片,我会起一身鸡皮疙瘩。”霍尔格·希尔克斯(Holger Sierks)如是说。在这张照片上,一条金属机械腿斜倚在67P/楚留莫夫-格拉希门克彗星粗糙的地表之上。将这枚无人着陆器释放到彗星表面的,是欧洲空间局(ESA)的“罗塞塔”探测器。作为“罗塞塔”上OSIRIS相机的首席研究员,希尔克斯表示,这是“我这辈子最重要的照片”。

11月12日,欧洲空间局创造了历史,将三条腿的“菲莱”着陆在了楚留莫夫-格拉希门克彗星上。这颗彗星直径4千米,目前距离地球5.14亿千米,正以每小时超过6万千米的速度在太阳系中穿行。“菲莱”着陆带来的欣喜,不久便被担忧所取代,人们担心着陆器电量不足,因为最终的落脚点几乎照不到阳光。经过惊心动魄的3天3夜之后,11月15日,着陆器电池耗尽,陷入了可能会是永久的休眠之中。

不过在此之前,“菲莱”还有机会将它携带的10样设备采集的数据全部传送了出来。尽管按照原定计划,“菲莱”应该在太阳能电池板的驱动下继续采集数据,但仅仅64个小时的科研活动所取得的发现,已经正在改变科学家看待彗星的方式了。

“菲莱”每天有两个时间窗口,能够通过“罗塞塔”探测器与任务控制中心联络,每次窗口持续3–4个小时。“菲莱”上的化学分析仪器Ptolemy的联合研究员莫妮卡·格雷迪(Monica Grady)说,它已经取得了科学家希望获取的90%的数据。而且对某些仪器来说,着陆器在彗星表面的意外弹跳,实际上可能还产生了超出预期的更加有趣的数据。

“菲莱”这出大戏,始于预定着陆的前一天晚上,当时着陆器上的计算机出现故障。重启之后,故障被修复,任务团队决定按计划着陆,尽管此时第二个问题已经出现,着陆器的推进器出了故障。这个推进器原本用于将“菲莱”压在彗星表面,直到它固定住自己。接下来,它又遇到了另外一个机械故障——原本用于固定着陆器的鱼叉,也没能在着地时发射出来。位于德国达姆施塔特的欧洲空间控制中心已经一片欢腾,ESA的科学家此时还不知道“菲莱”触地之后又已经反弹了起来。实际上,它反弹了2次,曾一度弹到距彗星表面1千米的高度。这颗彗星上引力微弱,在地球上重达100千克的探测器,在那里仅重1克。不过正是如此微弱的引力,最终让着陆器在彗星表面安静了下来。

任务科学家在庆祝“菲莱”顺利分离。图片来源:ESA

“菲莱”最初着地的位置,是经过仔细筛选之后圈定的着陆地点,平坦而又光照充足。但在弹跳之后,它最终一条腿朝天翘着,侧翻在1千米以外,一处看起来像是岩石悬崖的背阴一面。这个位置不够理想,彗星上自转一圈的12.4个小时里,这里能够照到阳光的时段只有1.5个小时,无法产生足够的太阳能给“菲莱”的第二块电池充电。

尽管着陆过程颇为坎坷,在彗星上活动的64个小时内,“菲莱”采集了大量优良数据,现在仍在处理之中。CIVA(彗核红外及可见光分析仪)拍摄的首批全景照片显示,彗星表面覆盖着尘埃、碎屑,以及看起来像是岩石的各种大小的物质。德国航空太空中心(DLR)的“菲莱”项目负责人斯蒂芬·乌拉梅克(Stephan Ulamec)说:“这绝对比我们先前认为的彗星表面要粗糙许多。”

另一样设备MUPUS(地表及地下多用途科学传感器)采集的数据则带来了惊奇。MUPUS包含一个锤子状的机械装置,锤头大小类似于听装可乐,锤柄则是一根长40厘米的探测杆,能够深入到彗星表面以下。它传回的数据表明,在10–20厘米厚的尘埃层之下,似乎存在坚硬的冰块,锤柄无法再深入其中。MUPUS首席研究员、DLR的蒂尔曼·斯派恩(Tilman Spohn)说:“我们都期待会遇到更软的地层,密度类似于压实的雪或者粉末。”

对地表以下硬度的测量,再加上对温度的测量,将帮助科学家弄清楚这颗彗星彗发里的气体和尘埃如何形成。不过斯派恩说,这还必须跟彗星较低的密度保持一致才行。有可能地表下的冰块是疏松多孔的,也可能这么硬的冰块是“菲莱”最终落脚的这片寒冷黑暗的区域所特有的。

着陆器上的另一台设备ROMAP(罗塞塔磁力计及等离子监测仪),大概会从“菲莱”的两次弹跳中获益。ROMAP将帮助科学家回答,彗星是否拥有自己的磁场(不同的行星形成模型在这个问题上存在分歧),包围彗星的电离气体在表面附近会发生怎样的变化。弹跳意味着,ROMAP有了更多的地点来采集数据。ROMAP的联合首席研究员乌利·奥斯特(Uli Auster)说:“如果有人专门给磁力计设计一个任务,而且他是个脑洞非常大的人,他设计出来的任务大概就跟现在一模一样。”

“菲莱”在彗星上着陆后不够,便在彗星地表的样本中检测到了有机分子,这要归功于COSAC(彗星采样及成分实验)。这个设备设计用来探测此类分子,并检测它们的手性(即左旋还是右旋)是否与地球上标志性的有机物相符。不过,COSAC不得不等到“菲莱”电池将要耗尽的最后几小时,才开始尝试探测地表以下,因为人们担心钻探动作会导致未被固定的着陆器翻倒。法国尼斯大学分析化学家、COSAC联合研究员尤韦·麦尔亨利奇(Uwe Meierhenrich)说,在任务控制中心最终下达钻探指令之后,“菲莱”传回了数据,目前COSAC团队正在其中搜寻分子。

电量不足意味着Ptolemy设备没有机会去研究地表以下的样本,这个设备被设计用来分析化学物质,测量同位素的相对丰度。不过,设备团队对它在彗星表面的测量持谨慎乐观态度。如果他们运气好的话,通过比对地球上的数据,Ptolemy和COSAC或许都有助于揭示,是不是彗星将生命必须的物质,例如氨基酸和水,带到了地球上。跟磁场测量一样,Ptolemy也可能受益于“菲莱”在彗星上的弹跳。格雷迪说:“我们有可能从至少两个,甚至3个着陆地点,采集了样本。”

还有更多数据或许有机会传回地球。在“菲莱”关机之前,控制中心下达指令让它旋转了大约35度,并把主体抬升了4厘米,以便把它身上最大块的太阳能电池板转向阳光照射过来的方向。随着彗星越来越靠近太阳,如果越来越温暖的彗星允许“菲莱”产生足够的电量重启的话,它还有可能苏醒过来。

2015年8月,这颗彗星将抵达距离太阳最近的地点,用希尔克斯的话来说,它会变得“像地狱一般活跃”。麦尔亨利奇说,让着陆器在最初几天就耗尽电量的那片阴影,到时候或许会变成它的保护遮阳伞。“现在,它或许可以活过明年3月。可能到4月、5月或者6月,我们会再次联络到它。”

按照设计,“罗塞塔”探测器将在接下来的十几个月时间里,研究楚留莫夫-格拉希门克彗星,跟着它一起飞向太阳,再飞回深空。现在,连“菲莱”也有机会再次醒来,到时候可能会重新恢复运作。

除了确立欧洲空间局的历史地位以外,“罗塞塔”的成功可能还带来了更大的收益。欧洲空间局资深科学顾问马克·麦考琳(Mark McCaughrean)说,定于12月2日召开的欧洲空间局部长级会议上原本没打算讨论为“罗塞塔”提供资金的科学规划议题,但现在成员国或许更愿意参与进来,把钱投到科学发现上去。“就在着陆前2周,还有人担心,如果没能成功,可能会带来负面效应,”他说,“我们当然希望,反过来也是一样。”

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人工智能:拿什么向奇点迫近

1957年,人工智能(artificial intelligence,AI)的先驱、通用问题求解机(Global Problem Solver)的发明者之一赫伯特·西蒙(Herbert A.Simon)曾说过:“我不是故意让你震惊,但概括来说,现在世界上就已经有了可以思考,可以学习和创造的机器,而且它们的能力还将与日俱增,一直到人类大脑所能够应用到的所有领域。”

西蒙当时曾预言,计算机会在十年之内成为国际象棋冠军。然而现实比西蒙的预测落后了三十年——直到1997年,IBM的电脑“深蓝(Deep Blue)”才战胜了象棋冠军加里·卡斯帕罗夫(Garry Kasparov)。

深蓝与人类象棋大师的对决,堪称人工智能发展史上具有里程碑意义的一幕。图片来源:forbes.com

卷土重来

在人工智能发展早期,学术界和工业界对其前景持有一种过分乐观的态度——这种乐观与其说是对技术的期望过高,倒不如说是当时人们对机器能力的估计实在是过低,以致于当计算机表现出一点点聪明,人们就为之惊叹,而这种惊叹又很容易演化成一种过分的自信。

这样的自信自然无法长久。度过了最初的兴奋后,无论是工业界还是学术界都遭遇了巨大的困难。以机器翻译为例,早期人们以为机器翻译只需要进行字典的对应转换,再加上人为制定的语法规则就能实现;而实际应用时却发现,这样的系统无法应对哪怕稍有复杂的多重语义,也无法针对上下文语境做出恰当的反应,很多理论上能够实现的算法也无法在有限的计算资源上展开。

1973年,英国政府委托数学家詹姆斯·莱特希尔爵士(Sir James Lighthil),对人工智能进行全面评估。结果显示,人工智能无法应对现实世界中存在的“组合爆炸”问题,因此只能实现一些简单的应用。以这份报告为基础,英国政府停止了对AI领域的研究支持。在这之后,人工智能研究陷入了长久的沉寂。

在近半个世纪之后,人工智能领域才又再一次回到人们视线,而这一次,我们拥有的资源与之前可谓不可同日而语——计算资源已经部署在云端,像水和电一样唾手可得;互联网所容纳的信息超过了前人所有的知识储备,现实和虚拟世界也不再泾渭分明。以深度学习为代表的算法发展,也使得机器有能力处理如此庞大的数据。

如果说这些只是理论,那么IBM的超级计算机“沃森(Watson)”在电视节目《危险边缘》(Jeopardy)中战胜人类,获得年度总冠军;Google X的虚拟大脑在没有预先输入的情况下,独立地从Youtube上的1000 万帧图片中学习到了“猫”的概念,就早已不是理论上的可能性,而是真实发生的现实。

虚拟大脑之父吴恩达,旁边电脑上显示的即为人工智能自我总结出的“猫”的样子。图片来源:nytimes.com

第四次工业革命的前夜

尼尔·杰卡布斯坦(Neil Jacobstein)在一次演讲中曾说过这么一句话:“当你站在太空中回望地球,你看不到争吵不停的200多个国家;而当你深入自然奥秘之中,你也看不到界限分明的学科划分。”这句话在一定程度上,可以代表杰卡布斯坦所在的奇点大学(Singularity University)的宗旨。与其说这所大学在教授最前沿的技术,倒不如它在传播最先进的理念。奇点大学专注的不是技术,而是现实世界的改变,这种改变无疑需要一种融合的视角才可能打破我们心智的成见,去实现真正的进步。

这一点对于杰卡布斯坦来说,并不是问题。作为奇点大学的人工智能与机器人项目负责人,他曾在斯坦福研究增强决策系统(augmented decision system),并担任过创新应用人工智能会议主席,同时有着环境科学与分子生物学背景。杰卡布斯坦对于整合也是游刃有余。

尼尔·杰卡布斯坦,奇点大学人工智能项目负责人,美国国防部及NASA顾问。图片来源:youtube.com

在杰卡布斯坦眼中,人工智能的发展同世界的改变一样,需要融合。杰卡布斯坦将AI划分为三个大的领域:机器学习,规则化的知识库,以及对于人类大脑的逆向工程。这三个方面也恰好对应着人工智能的三种主要做法。

机器学习

机器学习主要的目的是使机器拥有学习的能力。举例来说,当我们登录电子邮箱时,遇到一封广告邮件。我们手动将这封邮件标记为广告,并将其归为垃圾邮件。这个动作其实就是在对机器进行指导,在机器学习中,这一过程称之为标注,而机器可以从所有被标注为垃圾的邮件中,发现其共有的模式,并使用这种模式来对未知的邮件进行预测。此外,机器也可以在没有预先输入的情况下,自己进行学习,例如上文提到的Google X虚拟大脑。

机器学习示例。图片来源: yu.he

规则化的知识库

规则化的知识库则为机器提供了推理能力。当超级计算机沃森在《危险边缘》中面对这样一个问题:“When 60 Minutes premiered, this man was U.S . President(当《60分钟》初次上演时,这个人是当时的美国总统)”时,Waston需要使用句法分析之类的技术对句子进行句法分解,然后确定“permiered”的语义后面关联的是一个日期;同时要对“60分钟”进行语义消歧,确定它指代的是某个电视节目而非具体的时间。在进行句法分析后,沃森需要最后根据确定的日期,推断当时在位的美国总统。

规则化知识库示例。图片来源: yu.he

人脑逆向工程

人脑逆向工程在人工智能领域也被称为联结主义,其主要内容是研究如何模拟人类大脑的神经网络运作——人工智能的发展受神经科学启发颇多,特别是在计算机视觉方面。深度学习算法在图像上对图像特征的表示,与一些生物学上的成果具有惊人的一致性。而如果我们要构建通用人工智能(Artificial General Intelligence,也称强人工智能。即像人类一样,甚至超越人类的智能系统),那么模拟神经网络看起来是最有前景的一条路径。

对人工智能的质疑

然而也有一些有识之士,对人工智能提出了不同的声音。一个有趣的现象是,在这些声音中,无论是对人工智能的发展过度乐观因而认为人工智能终将灭绝人类,还是对人工智能的发展过度悲观认为人工智能根本无法发展出真正的意识,都是围绕着人类的自主意识在做文章。

提到这个问题,就不得不对强AI做更进一步地阐述。当前的人工智能发展,更多是针对某个问题,发展对应的算法和技术,例如图像领域的技术无法直接应用到语言领域;而在这方面,人脑能够表现出比当时的AI更强的适用性。

这就导致许多人对人工智能的前景并不看好,并称之为集邮式的工作方法:我们做出了推理模块,然后拼上学习模块,然后再拼上视觉模块——把每个子领域的功能做好,然后再组合出一个完整的智能系统出来。

强AI正是针对这样的现状。强AI的研究者认为,人类智能不是这样拼起来的,在我们没有理解人类智能的运作方式前,拼合式的做法只是做出了一堆零散的工具。因此他们致力于发展智能的统一框架。强AI可能是每个AI从业者心中的圣杯,无论是Google虚拟大脑之父吴恩达(Andrew Y. Ng)追求的大脑皮层单一算法,还是《人工智能的未来》(On Intelligence)一书的作者杰夫·霍金斯(Jeff Hawkins)所致力研究的脑皮质学习算法(Hierarchical Temporal Memory),无一不是在试图克服这种拼合式的智能,转而追求一个更基础的框架。

除了对做法的质疑之外,还存在着对于机器本性的质疑,哲学家约翰·塞尔(John Rogers Searle)大名鼎鼎的中文屋即是其中代表。塞尔这一思想实验的焦点在于,机器只是机械地执行人们交给他的命令,并没有产生智能。

塞尔假想,将一个美国人放在一个房间中,并给他极为庞大的中英对照辞典,里面有着极为详明的注释,以及丰富的语法规则,然后从房间外面的小窗口塞进中文,这个人去翻辞典,找到对应的汉字形状,将按照说明,将汉字摆在一起递出去。那么问题来了,可以说这个人理解中文么?图片来源:blogspot.com

而斯图尔特·罗素(Stuart Russel)在《人工智能:一种现代方法》(Artificial Intelligence A Modern Approach)中举了一个例子来反驳塞尔:我们能够说CPU会开立方根么?众所周知,CPU所能够执行的基本操作,只有加1、减1、存储、移位等等。然而可以说,CPU不能开立方根么?

塞尔的思想实验的问题在于,他混淆了不同的层次(这也是在谈到意识问题时,大部分情况下人们所犯的错误)——我们并不会讨论这个人是否拥有智能,而是说这个房间作为一个“整体”,是拥有智能的。正如我们不会说人类大脑的布罗卡区拥有智能,而是说这个人拥有智能一样,即使布罗卡区在语言的产生中发挥着极重要的作用。

其实人工智能开创者之一的阿兰·图灵(Alan Turing)早在1950年的论文《计算机器与智能》中就给出了意见。而人尽皆知的“图灵测试”之所以提出,最大的原因就在于“智能”这个概念是模糊和易混淆的,我们需要使用行为来定义智能。没有外部可感的行为,空谈大脑中意识的意向性和灵魂,是没有价值的。

而另一方面,将人工智能想象成灭绝人类的邪恶机器人,终有一天要取代人类的想法也由来已久。但是与其考虑人工智会能像电影《黑客帝国》中描述的那样,将人类奴役并毁灭,我更愿意列举每年交通事故的死亡人数,来论证没有什么便利是没有代价的。在一项技术推广前,进行审慎的评估并做好风险控制,才是更应该做的事情。

映照人类自身的一面镜子

正如杰卡布斯坦在一次TED演讲所称,要应对即将到来的人工智能革命,我们需要在数学素养、生态素养,尤其是道德素养上进行不断地自我提升,从而确保当我们手持利器之时,不会对同胞兵刃相见。

人们对人工智能最多的讨论,其实更像是对我们自身的讨论——关于自身的情感,关于自身在宇宙中的地位,关于自己是渺小还是伟大的一种心情。毕竟,用心理学的观点来看,人工智能,这个除了人本身以外最像人的东西,实在是我们心理投射里一个再好不过的客体。(编辑:Calo、球藻怪)

文章题图:valuewalk.com

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从炼金术到铸币局:科学之外的牛顿

艾萨克·牛顿爵士,不仅仅是一名伟大的科学家。图片来源:fomosplanejados.com.br

         科学家艾萨克·牛顿爵士不仅是一名被苹果“砸”出万有引力理论的物理学天才(当然,苹果只是一个传说)。在科学领域之外,牛顿老师也是刷足了存在。众所周知,牛顿老师很轴,很骄傲,这让他能耐住寂寞搞出宇宙真理(现在来看还不足以解释整个宇宙),但也能让他在旁门左道和权力倾轧上一骑绝尘。

迷恋“炼金”的大学教授

牛顿是一名炼金术的狂热爱好者,一直相信点石成金的可能。

1936年,一批未公开的牛顿手稿被送上了拍卖台,最终以高价拍得手稿的,竟然是时任剑桥教授的经济学家凯恩斯。这部分手稿是牛顿自20岁至45岁期间在剑桥时留下的“普茨茅斯手稿”,其中很大一部分,是一些关于神秘世界的记载。牛顿试着推想宇宙的隐秘真理,比如所罗门圣殿的规模、大卫书、启示录与炼金术——特别是嬗变、哲人石和长生药。

1650年前后的牛顿,沉溺于剑桥图书馆内的早期英格兰炼金术士藏书中,不能自拔。据说,每年的“春季6周和秋季6周”,他完全沉浸在炼金术的研究之中,“实验室的炉火几乎未曾熄灭过”。

牛顿投入了近30年的时间,从事长生不老药和贵金属提炼的研究和实验,而他留下的有关炼金术的手稿竟超过100万字。不过,用凯恩斯的话说,“这些手稿完全是魔法性的,没有任何科学价值。……他是那些魔法师中的最后一位。”

迷恋炒股的大土豪

在另一种“点石成金”的游戏中,牛顿也栽了跟头。

牛顿曾疯狂迷恋炒股。1720年初,南海公司的股票疯涨近10倍,至夏天达到顶点后开始暴跌。牛顿当年4月入市5月清仓,净赚7000英磅。然而股价仍然在疯涨,经过“慎重考虑”,他在7月再次大举入市。然而1周后,股价开始下挫,随后一泄千里。牛顿未及脱身,共损失20000英磅。

据说,当年建造格林威治天文台,也只花了500多英镑,可以想象这笔款项的巨大,大约相当于今天的300万英磅,牛顿当时可是不折不扣的土豪。就牛顿当时的工资水平而言,他任英格兰皇家铸币局局长的年收入仅为2000英磅(这已是他原来在三一学院担任教授薪金的10倍)。

不过,在炒股这方面,凯恩斯还是给了牛顿挺高的评价。“他是一个极其成功的投资者,克服了南海泡沫危机,离世时相当富有。”

怒打假币的铸币局长

牛顿笃信点石成金之术,他认为冶炼金属是神圣的,是一种接近上帝的途径;铸造伪币则是假冒的、邪恶的炼金术,亵渎神灵,无法宽恕。他在皇家铸币局这个岗位上展示出了绝对的投入和敬业,身兼铸币局局长、总工程师、总经理、伪币打击总指挥、侦探以及检察官等诸多职务。作为狂热炼金爱好者的他,算不算是物有其用了?

1696年初的一天,他收到学生查尔斯·蒙塔古(Charles Montagu)的一封信,信中写道:“皇家铸币局前任总监奥弗顿先生调任海关,国王希望您接任此职……”当时,蒙塔古正主持英格兰银行。由于军费激增引发的通货膨胀,是英格兰货币体系面临的重大挑战。皇家铸币局需要配合英格兰银行,收回全部货币并发行新币。牛顿于是亲自出山履新。

炼金术士牛顿拥有了真正的“炼金炉”——他在财政部的花园后面建起了10个大熔炉,将回收的旧币熔化。分离出的贵金属送往伦敦塔,崭新的货币被铸造出来。他详细研究了铸币的流程和成本: “通过实验,我发现在镀锡过程中,每产生一金衡半克朗的硬币,就要损失三克半。”牛顿偏执般地追求货币铸造的精确度,说自己实现了“前所未有的精确,为政府省下了数千英磅”。不久,牛顿从技术总监的职位被提拔为铸币局局长,新币的产量在短时间内提高了8倍。

然而伪造货币的行为也十分严重。最为嚣张的伪造货币者是威廉·查隆纳(William Chaloner)。查隆纳不同于其他“地下”伪造者,而是公然挑战皇家铸币局,印制传单,向议会举证,声称皇家铸币局技术不精,不能造出能够防伪的标准货币,最好的解决办法是,请真正的铸币专家——比如他自己——来改进铸币工艺。

牛顿被彻底激怒了,他动用刑法和警察作出了反击,不仅亲自参与侦察,检验假币的特征,还指挥警察和侦探,顺藤摸瓜逮捕了一大批造假者。根据当时的法律,伪造货币数额到达一定面值的,要处死刑。最终结果,当然是“正义战胜邪恶”,查隆纳被捕入狱,在牛顿提供的八大罪证下,于1699年被判处绞刑。

老辣的权力斗争者

牛顿虽然是一个孤傲的人,但却不是一个木讷的宅男。法庭上的牛顿,就曾经公然对抗过国王詹姆斯二世的敕令,阻止詹姆斯二世试图在剑桥安插亲信、操控高校。

1687年2月,国王以敕令“建议”剑桥授予弗兰西斯神父文学硕士学位,并“邀请”这位神父参与学校决策的表决。剑桥大学九人学术委员会——其中一位委员便是三一学院教授牛顿——明确表态,拒不接受此项“建议”。弗兰西斯神父便手执敕令,将委员会诉上了法庭。

在法庭上,牛顿高声斥责对方:“按照剑桥大学的惯例,凡是没有宣誓忠于大学的人,大学只能授予他们名誉学位。而只有名誉学位的人,在我们剑桥大学的领导机构里是没有发言权和表决权的。”

不过,牛顿把这股轴劲用到倾轧学术对手上,也可谓是毫不留情。

当年牛顿提出引力的大小不随距离而改变,但胡克写了好几封信来反驳,简洁明了地认为引力的大小和距离的平方成反比,并提出了很多支持观点的论据。结果,胡克是对的,牛顿也采用了这个观点,但在《自然哲学的数学原理》中,他把涉及胡克的引用统统删掉了。

毕竟牛顿是学术泰斗,胡克被压得到死也没能翻身。牛顿当上英国皇家科学院长时,胡克已经死了,这还不够,牛顿下令将胡克的实验室和胡克图书馆全部解散,所有的成果研究资料,实验仪器被分散销毁,画像也不留——所以现在也没人知道胡克究竟长什么样。

牛顿跟莱布尼茨关于微积分创始人的争执,则贯穿了他的整个学术生涯。他们俩近乎同时发明了微积分(虽然研究的起点不同),但牛顿还没来得及发文章,莱布尼茨的微积分方法和符号系统已经传遍欧洲大陆。

起初,两人通信还算融洽,互相欣赏,但随着莱布尼茨的扬名,牛顿越发不甘心,麾下皇家学会的成员借此挑起争端,指控莱布尼茨剽窃牛顿的成果。整个英国学界被牛顿挑起的“爱国情操”所包围,拒绝使用莱布尼茨简洁优雅的符号。结果,英国的数学在牛顿死后,和欧洲大陆基本隔绝,因此停滞了100年……

牛顿作为科学家的智慧是伟大的,作为“炼金术师”的时光是荒诞的,打压异己的手段是恶毒的,作为铸币局长和金融大亨的历程,则更添几分传奇。这就是一个真实的牛顿。

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科学家造出水的第十七种结晶形式

德国哥廷根大学10日发表新闻公报说,德法研究人员制造出了水的一种新结晶形式——“冰十六”,将来,这一成果或也可用来解决能源生产、运输和储存中遇到的问题。

“冰十六”由气体水合物制成,是水的第十七种结晶形式,也是其密度最小的一种结晶形式。

气体水合物是一种笼形晶体,外来气体分子被水分子氢键所结成的晶体网络坚实地围在其中。在制造“冰十六”过程中,研究人员选用氖气水合物为实验对象,将其中的氖气抽出,仅剩由水分子形成的晶体结构,即“空的气体水合物”。

抽出气体分子后,气体与水的吸引作用消失,晶格发生扩展。研究人员维尔纳·库斯说,这是科学家首次在实验室中直接量化水分子和气体分子相互作用的影响,有助于进一步了解气体水合物,对地质学和化学研究意义重大。

气体水合物在地球碳循环中扮演重要角色,甲烷水合物(即可燃冰)在永冻土层和海床中大量存在。一些科学家设想,如果能将可燃冰中的甲烷释放出来用作能源,同时将二氧化碳固定在气体水合物中,则既可获取能源又能减少大气中的温室气体。但这一设想是否可行尚待研究。

此外,在石油、天然气运输过程中,特殊的压力和温度环境易使一些气体和水形成气体水合物,从而堵塞管道。研究人员认为,对气体水合物的进一步了解也有助解决这一问题。

这一研究成果发表在新一期《自然》杂志上。

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中国遥感无人机首航南极中山站

23日下午,一架白色“极鹰一号”小型遥感无人机在距中山站10公里处的冰盖上成功起飞,一小时后携带500余张高清遥感照片着陆,标志着中国第31次南极科考队“南极地貌遥感调查”项目取得关键性进展。这是我国首次在南极地区使用无人机进行遥感测绘作业。

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相对于卫星遥感、载人飞机航空遥感等传统遥感方式,基于无人机平台的低空遥感技术具有成本低、安全性高、机动性好等优点,但由于极地地区气候环境恶劣,国际上在极地地区成功应用该技术的国家并不多。

来自北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院的项目现场执行人罗斯瀚说,“极鹰一号”单次作业时间约1小时,最大飞行距离超过100公里,飞行作业高度400至1000米,能够快速完成大面积遥感拍摄工作。在本次“南极地貌遥感调查”项目中,“极鹰一号”将主要对拉斯曼丘陵和达尔克冰川两个重点区域展开航拍测绘。

罗斯瀚表示,位于南极大陆边缘的拉斯曼丘陵是极地气候代表性区域之一,包括中国、俄罗斯和印度等多国在此设立科考站;而达尔克冰川是南极冰盖边缘一条典型的冰盖溢出型冰川,对气候变化非常敏感。对这两个典型区域进行遥感调查,不仅能监测人类活动对该地区环境的影响,更能有效观测南极冰盖变化,精确测量冰的流失量对海平面及对全球水循环的影响,从而为研究全球变暖问题提供数据支撑。

记者获悉,无人机航拍作业将持续一周时间,之后将根据无人机航拍照片获得的数据,合成拉斯曼丘陵和达尔克冰川的三维立体影像。完成整个后续图像处理工作预计需要30天时间。

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谷歌登陆月球竞赛:Astrobotic公司月球车赢得75万美元奖金

奖金3000万美元的Google Lunar XPRIZE登月竞赛是一项前所未有的竞赛,旨在挑战并鼓励全球各地的工程师和企业家开发机器人太空探索低成本方式。如要赢得Google Lunar XPRIZE登月竞赛,私人资助的团队必须将机器人送上月球表面,行进至少500米并向地球发回高清视频和图像。

作为参加竞赛的商业团队之一,总部位于匹兹堡的Astrobotic公司Astrobotic凭借月球车赢得了移动类评选的50万美元奖金,并凭借着陆图像系统赢得25万美元奖金。今年早些时候,Astrobotic公司花了一个星期在莫哈韦沙漠的航空航天港测试着陆系统,这次得到阶段奖项,让Astrobotic公司迈向3000万美元最后大奖。

下一步Astrobotic公司的目标是发射月球车最终登陆月球,以后还有更多的测试,需要更多的时间,好在Google Lunar XPRIZE登月竞赛截止日期正式推迟至2016年12月31日。截止日期延长后,参赛团队必须在2015年12月31日前提交发射计划文件才能继续参赛。

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神秘力量:NASA测试人造壁虎爪 未来或用于回收太空轨道碎片

我们知道壁虎拥有一项特殊的本领,那就是在光滑甚至垂直的表面行走自如——这种技能得益于爪子上特殊的吸盘结构。不过现在,科学家们已经进行了一项特殊的实验——看看壁虎在微重力环境下是否还能够续写传奇。该研究团队希望有朝一日能借助类似技术来执行清理漂浮在地球轨道上的碎片等工作。

美国宇航局(NASA)喷气推进实验室(JPL)的科学家们已经提出了一种被称作“壁虎爪”(gecko grippers)的设计——原型基于斯坦福大学几年前展示的“跳跃蜥蜴”(Stickybot)。DARPA甚至还对其进行了修改,并且打造出了类似蜘蛛侠的真实“超能力”。

项目组首席研究员Aaron Parness表示,该系统能够抓住太空中旋转或翻滚的物体,因此难度还是有点高的。为保证其“粘合”强度,“收紧”与“释放”(on and off)的接通周期超过了30000次。

壁虎爪子上有由微毛组成的“支系统”,并且能够神奇地运用某种类型的分子吸引力——学名范德瓦耳斯力(van der Waals force)。如此一来,它就能够轻而易举地粘附到物体表面。

该团队开发出的这套系统,也属于壁虎爪的一个翻版,不过其设计的仿生微毛结构被称作“stalks”(花柄)。每一个stalk结构都等同于一个小吸盘——当被施力时,密合性就会被激活;释放时,其粘性又会消失。

今年早些时候,研究人员曾借助NASA的C-9B飞机(抛物线飞行),对这套系统在失重条件下的表现进行了测试。

结果发现,它不但能够“抓住”漂浮状态中的20磅(9kg)重物体,还能Hold住一名站在航天材料板上、穿着特制服装的研究人员(总重250磅/113kg)。

这款人造“壁虎爪”系统有望成为NASA Phoenix计划的一部分,并有望于将来执行从轨道上清理和回收超过21000块10多厘米大的太空碎片。