种田、制衣、手机解锁,NASA 的太空科技「包围」了整个地球

AppSo

02-08 12:00

往沸水锅里扔上一把干菜叶,不一会菜叶就舒展开来,蔬菜香味渐渐从锅里飘出来。

这个神奇的过程,可能你已经重复了数十遍,它就是方便面里的干菜叶,也是太空食品脱水菜。

▲ NASA 资助的室内蔬菜培育室 Green Sense. 图片来自:Green Sense

太空技术对消费产品的改造还在继续,衣食住行到处都是太空技术的身影。早在 1976 年,NASA(美国宇航局)就推出了技术转让计划,商业机构乃至普通人都有机会利用太空技术推出消费品。

最近,NASA 更是发布了一份 2021 年度改造报告,详细描述了过去一年来基于太空技术改造的各种产品,这些黑科技,真的能让人喊出 Amazing。

2021 年,NASA 整出了这些黑科技

一亩田产百亩菜

脱水菜便于储存和保鲜的特性,让航天员身处太空也能享受美味,但这也意味着需要一次一次运送资源到空间站补给,为此 NASA 提出了太空种植的议题。

从 上世纪 80 年代起,NASA 就计划建立模拟生长实验室,旨在封闭环境中种植植物或农作物,同时尽可能地回收和再利用水、空气、养分等,使其自成一体,就像它必须在太空或另一个星球上一样。

▲ 图片来自:NASA

起初,模拟实验室采用了垂直堆叠构造的模式,保证水源充足以及让灯光模拟的太阳光能尽可能地覆盖到每一株植物,空气在植物之间充分流动,带走多余的热量。

NASA 的研究推动了相关技术的发展,甚至于催生了一个新的行业——受控环境农业(CEA),即将植物科学与环境控制技术相结合。

农业公司 Plenty 就采用了 NASA 的「营养膜技术」,在垂直堆叠的浅水渠中种植幼苗,水以及植物需要的营养成分在水道里循环,降低整个种植系统需要的资源。

▲使用营养膜技术种植的植物. 图片来自:Bowery Farming Inc

在 NASA 的基础上,Plenty 致力于推动 CEA 技术的发展,如今它们的新室内垂直农业循环系统仅需 2 英亩农田就能产出传统农业 720 亩的作物产量,且耗水量仅为传统农业种植模式的 2%。

几乎没有重量的保温材料

离不开被窝,少不了暖炉,御寒保暖是大多数人冬季生活的第一要务,而 NASA 和材料公司 Aspen Aerogels 就致力于解决这一问题。

保暖,主流方式之一就是避免热传导,避免热量流失, NASA 保存低温火箭燃料也是一样,为此它们一直在寻找上佳的绝缘材料。

气凝胶曾被视作是最佳选择,几乎不受热、几乎没有重量,但同时也太脆弱了,无法在日常产品中使用, Aspen Aerogels 提出了一个新的办法,将气凝胶融入柔性绝缘毯中。

NASA 的支持下, Aspen Aerogels 最终开发出了一种新工艺,在绝缘纤维上涂上气凝胶,以截留空气,同时阻止热传导。

此后气凝胶材料和工艺不断进步,Aspen Aerogels 也成为了史上最成功的 NASA 衍生产品公司之一,它与全球多个品牌合作,推出了各种各样的产品,尤其是各种防寒户外产品。

服装公司 SITKA Gear 就在 2021 年推出了基于改进版气凝胶工艺的户外产品 Kelvin Aerolite 30 睡袋,这款产品几乎是失重的,95% 是空气,具备羽绒服般的保暖性能。

▲睡袋配有袖口和帽子,你甚至可以将其当做外套使用

太空笔

无论是电影《三傻大闹宝莱坞》,还是各种民间故事中,太空笔都是一个具备传奇性的产品,耗费上百万美元研发、在太空中不如便宜的铅笔、仅仅是为了太空而生?

围绕太空笔有着太多的故事,有真有假,这次 NASA 在报告中正式回应了这些传闻,最初航天员们使用的太空笔其实来自于 Fisher 公司。

▲航天员沃尔特・坎宁安 (Walter Cunningham) 在阿波罗 7 号上用 Fisher 太空笔书写

Fisher 公司创始人 Paul Fisher 因常见的圆珠笔不好用,漏墨、墨水凝固写不出字等,为此他研发了一个密封墨盒技术,通过加压氮气,推动活塞固定墨水。

当然,这时密封墨盒技术才刚刚研发,仍然会有漏墨的问题,Fisher 就暂时将其搁置下来,直到 NASA 找到 Fisher,请他造能在无重力环境下的书写太空笔。

最终,Fisher 改造了密封墨盒技术,在墨水中加入了树脂,使其固化,只有笔尖与圆珠摩擦,也就是书写时才能让墨水硬化,这才有了初代太空笔 Fisher AG7。

▲AG7 至今仍在销售

NASA 表示 AG7 并未耗费纳税人数百万美元研发,而且由于其出色的稳定性,深受石油、飞机等行业人士喜爱,Fisher 也成为了全球最知名笔类品牌之一。

至于不在太空使用铅笔,是因为它的稳定性不够好,会出现折断等问题,在太空舱这种精密系统中使用,容易引发问题。

▲Fisher 庆祝公司 50 周年

NASA 研发的诸多太空技术,也能应用到日常生活中,但从技术到各种实用的产品仍然有一段不小的距离,Plenty、Fisher 等民营公司,往往在设计应用方面更灵活,能推动技术在更多领域应用。

面向未来的「明日衍生」技术

NASA 发布的报告中,除了许多已经改造成各种产品的太空技术,还有部分已经过实测验证,但未经商用的「明日衍生」技术。

用心跳解锁手机

指纹解锁、虹膜解锁、面容解锁,这些基于生物信息解锁手机甚至支付的技术,你可能都已经见识过或使用过了,NASA 研制了一种新的识别技术——基于心跳。

由于心肌可以发出电信号,而内在传导系统则会将这部分电信号传导至整个心脏,心跳识别技术正是基于心脏电信号的峰值幅度、间隔时间等数据识别人体信息,进而解锁手机等电子产品。

心跳识别技术的优点在于,不仅要满足生物信息数据准确,具备唯一性,同时要求受检人的身体活性。该技术可应用于身份验证、司法检测、金融等领域当中。

将二氧化碳转化为燃料

中学生物书中,详细介绍了植物的光合作用,吸收二氧化碳,输出氧气,如今 NASA 也研发出了一种作用相似的技术。

它由金属氧化物薄膜组成的光电电池组成,和紫外线、可见光红外线部分、以及廉价二氧化钛复合材料等,共同形成复合反应。

这种复合反应可以捕获工业生产过程中的二氧化碳,将其转化为甲烷等有用的燃料,该技术使用的材料相对廉价,能够集成式地快速安装。

自动愈合的金属

金属剐蹭在我们日常生活中其实很常见,手机、汽车,每次刮伤都可能是一笔不小的花费,而在飞行过程中,金属零件老坏同样是飞机失事的主要原因之一。

为此,NASA 特别研制出了一种新的金属基复合材料 (MMC),它可以修复金属使用老化而产生的裂纹。

MMC 复合金属由记忆合金增强材料以及低熔点材料组成,加热时这些成分会将裂纹部分重新融合到一起。

当然,自动愈合技术并不完美,仍然可能会出现修复区域强度降低等问题,根据 NASA 完成的金属拉伸和长期使用测试实验,MMC 复合金属的实际愈合率可达 91%。

这还只是 NASA 技术转让计划的一小部分,据 Fast Company 报道,每年 NASA 中的科学家和工程师要研发 1600 件到 1800 件新设备,软件更是高达 5500 种之多。

但过去 20 年以来,NASA 的技术转让计划仅向 220 家公司授权,除了要交付 5000 至 10000 美元的技术授权费用,公司还需要证明有能力利用好技术。

NASA 授权技术和 220 家公司一起,覆盖了人们的衣食住行,从手机镜头传感器、运动服、到工业外骨骼设备,一应俱全。

▲NASA 手套可以避免重复性工作带来的疲劳,降低汽修工作风险

太空技术应用到消费领域几乎已经成为了全球共识,我国航天科技集团八院利用航天科技的积累打造出国内首款低成本防撞雷达,帮助测量周边物体位置,并将其应用到自动驾驶领域当中,相关技术仍在继续发展。

探索太空,不仅是探索地域边界,更是探索你我生活的新边界。

文中未标注图片均来自 NASA

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