宇宙飞船的故事

宇宙飞船的故事

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【优秀范文】宇宙飞船的故事

范文一:最牛的宇宙飞船

“猎户座”载人飞船的由来

美国在20世纪70至80年代曾抛弃宇宙飞船,而热衷于航天飞机。但实践证明,与飞船相比,航天飞机既复杂、昂贵,也不安全,特别是两次航天飞机的爆炸,吓坏了许多人。其实,美国从20多年前就开始研制新型飞船。为了造出一种安全又省钱的宇宙飞船,美国国家航空航天局在全世界征集了上百种新飞船方案,这里面不乏许多青少年学生的奇思妙想。

几年前,美国的洛克希德・马丁公司研制试验了一批新型飞船和空天飞机,但还未真正飞上太空。新型的多用途宇宙飞船―“猎户座”载人飞船(Orion),就是这家公司负责设计和建造的。

两艘飞船,分开发射

宇宙飞船一般将宇航员和科研仪器都装在一个飞船上,发射的重量小,宇航员也不安全。这次为了登月成功,美国工程师想出了一个办法―建造两艘飞船,将宇航员和科研仪器等货物分开发射,到太空以后再连接到一起!

所以,这个不像飞船像火箭的新飞船,实际上是由两个飞行器组成。其中,载人飞船由“猎户座”飞船和“战神-1”号运载火箭组成,可搭载4~6名宇航员。货物飞船由登月舱和“战神-5”号运载火箭组成,可运送重型载运物,必要时也能搭载宇航员。而“战神”号运载火箭是美国最先进的运载火箭。

“猎户座”载人飞船这种新型航天器是前所未有的,其制造难度也超乎人们的想象。它的内部空间比“阿波罗”飞船大一倍,最多可容纳6名宇航员。未

来,宇航员将乘着它飞往国际空间站,登陆月球和火星。此外,“猎户座”载人飞船的主要系统,如动力、导航、生命维持、通信和计算机系统,将比“阿波罗”号飞船以及航天飞机上的更为先进,按照设计方案,它可重复使用10次。虽然发射费用高昂,但“猎户座”飞船适合进行长期太空探索活动,并且更加安全,功能也更为齐备。

不像飞船像火箭

洛克希德・马丁公司将航天飞机的火箭改装了一下,把飞船放在火箭的顶部,所以“猎户座”飞船看上去不像飞船,更像火箭。它包含三个部分:返回舱、服务舱和火箭助推器。返回舱用于宇航员工作、乘坐和返回。服务舱上有主推进系统、动力系统和飞行姿态控制系统。在执行登月任务时,飞船还将配备一个特殊的太空舱―登月舱。火箭助推器的任务则是将飞船送入地球轨道。

“猎户座”飞船由运载火箭发射,它的头部和尾部分别安装了火箭发动机,飞船在太空飞行时就靠它们来控制飞行姿态和方向。

坐飞船如同坐飞机

“猎户座”飞船的外形很漂亮,也很好认。它有一对圆形的太阳能帆板,如同两支扇子形状的翅膀,随时准备飞向太空。“猎户座”飞船的火箭是“战神-1”号固体火箭第一级推进器,与航天飞机采用的火箭推进器差不多。飞船位于火箭的上方,这样可以避免被掉落的泡沫塑料等物体击中。“猎户座”载人飞船的最大直径是5米,“阿波罗”号飞船只有4米。这么大的舱室,可以搭载更多的人和货物,坐飞船就如同坐飞机一样。

“猎户座”载人飞船尾部的防热层为耐火、耐高温材料,会在飞行中汽化,从而保护飞船。这种隔热层最多可修复并重复使用10次,从而延长了飞船的设计寿命。

大玩具陀螺

“猎户座”飞船上的返回舱,在执行任务时称为指令舱,返回地面时才称为返回舱,它的舱体就像个大玩具陀螺。重返大气层时的速度高达11千米/秒。返回舱的内部,在宇航员座椅的周围布满了仪表盘、导航系统、通信系统等设备。返回舱的外壳则有一层合成树脂与玻璃材料配合的防热层。

美国的飞船每次都是降落在太平洋海面回收的。宇宙飞船在返回地球时,其他的部分都被抛弃,只有返回舱能返回地球。“猎户座”载人飞船的返回舱采用了降落伞和气垫相结合的降落设计。安全气垫确保返回舱既可以在陆地回收,也可以在海上回收。

逃逸路线图

最值得夸耀的是逃生系统。宇航员驾驶舱在“猎户座”载人飞船的顶部,飞船在发射时,宇航员躺在乘员舱(返回舱)里,在30层楼高的火箭上面。如果在发射时出现危急情况,怎么办呢?紧急逃跑是唯一出路,逃逸塔就是帮助宇航员紧急逃命的。

逃逸塔是“猎户座”载人飞船的独特部件之一。它是一种小型火箭,能在发射失败时,在三分之一秒内将返回舱推离助推火箭,迅速、安全离开,然后打开降落伞,降落在1千米以外的安全地带。这比航天飞机的终止程序更安全。

“猎户座”飞船如何登月

“猎户座”载人飞船的主要任务是登陆月球和火星。登陆舱在登月时又称为登月舱,是专门为登月而设计的。登月舱和“猎户座”飞船分别发射后,在太空对接会合,然后一起飞向月球。

到达月球上空后,“猎户座”载人飞船与登月舱分离。“猎户座”飞船围绕月球飞行,等待登月舱上升段的归来。宇航员驾驶着登月舱寻找登陆地点。

登月舱分为下降段和上升段。下降段有一组反推力火箭。登月过程中,登月舱在接近月面时,下降段的反推力火箭起动,火焰产生的推力使登月舱缓慢平稳地降落,登月完成之后,下降段就永远留在月球上。上升段相当于一个小飞船,带有燃料,火箭发动机起动后,宇航员乘坐上升段缓缓起飞,飞离月球,与“猎户座”载人飞船连接,一起飞回地球。

由于研制花费巨大等原因,“猎户座”飞船计划曾一度被美国取消,但几经周折,如今它还在继续开发当中。或许在不久的将来,人们会看到它一飞冲天的消息。

范文二:《物理故事300篇》39宇宙飞船载人返航

39 宇宙飞船载人返航

1961年4月21日,苏联宇航员尤里·加加林乘“东方1号”宇宙飞船,飞行1小时48分,绕地球一圈后返回地面。飞船重4725公斤,其中回收座舱约2400公斤,舱体为直径2.3米的密封球体,内部保持1个大气压的空气。近地点180公里,远地点327公里。飞船上装有生命维持系统、放射椅、回收系统、同地面保持联系的电视和无线电传输系统等。

宇宙飞船为什么能从星际空间飞回地球呢?

我们知道,飞船飞出地球,必须有极大的速度,但是飞船飞行在宇宙空间的难以想象的高速度,又成为它返回地球的严重障碍。

少年朋友,你一定常常看到闪光的流星划过夏天的夜空吧!当流星飞进大气层时,由于速度太高,终于和空气摩擦生热而燃烧起来,这就是流星闪耀的由来。当飞船从大气层外飞向地面时,空气越来越稠密,阻力越来越大,摩擦后的温度越来越高。如果飞船的速度达到每小时5000公里,它外壳的温度就达到1000℃,在这个温度中钢铁也快要熔化了,人在飞船中还能受得了吗?只要外壳超过200℃,人在里面就不能生存了。 此外,当飞船突然飞近地球时,人的体重会突然增加,这也是普通人不能忍受的。

这都是飞船返回地球的主要困难,要克服这两个困难,只有大大减低飞船飞进大气层时的速度才行。

苏联科学家在这方面采取了许多办法:如在飞船将要飞进大气层时,它就将人的密封客舱弹射出去,客舱离开飞船后,就开动自己的喷气发动机,对着它前进的方向喷出大量气体。这样,它前进的速度受到了反作用力的影响就大大减慢了,然后,从客舱上又抛出个巨大的降落伞,保持飞船缓慢地着陆。或者,当宇宙飞船飞到大气层边缘时,它自动翻个转身,使飞船的腹部向上,船身的前缘向前下方,利用空气的阻力,使飞船速度降低,当飞船到达离地面一定高度时,船身再调正,恢复常态,滑翔下降。

总之,飞船飞回地球时,必须利用各种减速办法,使飞船不致烧毁,不致撞碎,让宇宙飞行员安全着陆。

范文三:宇宙的故事

几千年来,人类一直相信宇宙是永恒的。回溯到亘古,夜空中的群星或许早已存在了无限久,而它们也应该会像今夜那样一直闪耀下去,年复一年,直至永远。后来,人们又意识到了我们的地球,太阳,甚至太阳系所在的整个星系,都只是浩瀚星海中的一个普通岛屿而已。整个宇宙从最大的视角上看应该是非常均匀的——我们所处的角落,应该和宇宙中每一个遥远的角落异常地相似,这就是所谓的哥白尼原理(Copernican Principle)。这样,环绕我们的宇宙不仅在时间上无限,在空间上也是无垠的。

然而到了20世纪初,当Einstein试图运用他的广义相对论方程来描述这样一个静态的宇宙时,却碰到了一个问题。当时,Einstein已经理解了物体之间的万有引力其实是物体的质量弯曲周围时空的几何体现。如果向一个静态的均匀宇宙加入星系,恒星,星际气体等等之类的物质,它们就会相互吸引,导致空间必需收缩。这样一来,宇宙无法在时间上永恒地存在下去。于是,无奈的他在方程里添加了人为的一项——一个“宇宙学常数”(the cosmological constant)。这一项引入了充满空间的奇怪的“负压强”,平衡了物质之间的吸引。

可是没过了多久,天文学家Hubble在他的望远镜里惊讶地发现宇宙并不是静态的。通过测量来自遥远星系星光的向红端移动的红移(redshift)效应,他发现所有的星系仿佛都在离我们远去。更奇怪的是,距离我们越远的星系,它们的退行速度就成比例地越大。一个很自然的解释就是,整个宇宙的空间在不断地膨胀,正如被吹大的气球膜上的任何两点,它们间的距离不停地在变大。至于物质之间的吸引,则暂时只能减缓这样的膨胀,因为这种趋势具有巨大的惯性。一个动态的宇宙是革命性的观念,以至于Einstein后悔他引入宇宙学常数是他“一生最大的错误”。

膨胀的宇宙带给人们两个启示。

首先,如果回溯过去,宇宙会比今天要小得多,星系之间曾经彼此靠得很近。宇宙在过去物质分布的密度也会比今天要大,相应地也要比今天热得多。以远小于光速运动的重的物质,简称为物质(matter),它们的能量密度会随时间按照空间体积的反比被稀释。而另一类以光为代表的物质,统称为辐射(radiation),则以光速运动,它们的数量不仅会随着空间膨胀被稀释,它们的波长还相应地被拉长,从而能量变得越来越小。最终,它们的能量密度随时间按照体积4/3次方的反比减小。这样,即使今天宇宙中辐射的量相比于物质来说微不足道,在足够早的过去它却会占主导地位。

另一个启示甚至更加重要——宇宙的年龄是有限的。回溯过去足够久之后,空间变成了无限小,密度无限大,而温度则会无限高。在这样一个极端的“开端”,已知的物理定律似乎都崩溃了。而另一方面,星系、恒星、行星,直至今天宇宙中一切的复杂结构,都要在自开端以来这一百多亿年中形成,不能慢也不能快。此外,任何一个粒子,哪怕它以光速运动,在这有限的时间内也只能在这个膨胀的“气球”宇宙中移动有限的距离。于是,膨胀的宇宙中存在着视界(horizon),事物之间可能发生因果联系的空间界限——我们看不到离我们足够远地方的景象,同时足够远地方发生的物理过程也从来不能影响我们所在附近的事物。

这样的膨胀宇宙模型被称为大爆炸模型(the Big Bang theory),但是这里“大爆炸”并不是重点,因为已知的物理规律并不能帮助人们理解那个奇性的“开端”,重要的则是这个模型系统地预言了随后膨胀并冷却的过程中发生的重要物理过程。除了遥远天体系统性地退行之外,有两个被观测所证实的重要预言让人们大体上接受了膨胀宇宙的图景。

一个叫做大爆炸核合成(Big Bang nucleosynthesis)。

在“开端”之后仅三分钟的时候,宇宙中充满了炽热的辐射,以至于组成各种原子核的基本要素,质子(氢核)和中子(统称核子),都还在自由地运动于这锅“热汤”之中。当温度降低到一个临界点时,无序的热运动不再能抗拒核子之间强大的吸引,它们开始束缚到一起。于是,随着一系列链式反应的启动,质子和中子合并形成最轻的一些原子核——氘,氦,锂,氚,铍 ... ... 一个接着一个。自由的中子只有平均15分钟的寿命就会衰变,因此这最初的三分钟时间是如此地重要,因为中子必须要及时结合到原子核中才能幸免下来。如果自由中子的寿命再短一些,我们就只能得到一个全部是氢元素的单调的宇宙,恒星无法被点燃,生命也无从形成。大爆炸核合成精确地预言了宇宙中3/4的元素是氢,剩下几乎1/4的元素是氦,而所有其他的元素含量甚微。少量的轻元素在大爆炸核合成时期形成,到铁为止的元素则在宇宙后期的恒星热核反应中形成。而大量更重的元素,则全部在剧烈的超新星爆炸瞬间被合成出来——说我们都是星尘并不为过。这些定量预言的大部分和观测到的元素丰度令人惊叹地吻合!

第二个重要的预言是宇宙微波背景辐射(cosmic microwave background),它后来被射电天文学家在实验中很偶然地发现了。

当年轻的宇宙达到30万年的时候,温度仍然比较高,所以电子还不能被质子捕获形成中性的氢原子。宇宙中还存在着大量的辐射,即电磁波,或者日常所说的光。在这样一个电离的环境中,光并不能自由地沿直线传播,它们不断地与带电粒子碰撞、折射与反弹。换句话说,这时的宇宙不是透明的——如果我们设想处在当时的宇宙中,则我们会被炽热的光亮包围,而看不清远处的任何物体。就在这时,随着膨胀宇宙的进一步冷却,另一个临界点达到了。疲软的热运动不再能阻止电子和质子束缚成中性氢,而宇宙对光变成透明了。这一关键事件被称为复合(recombination)。于是宇宙开始30万年的光得以在空间中自由穿行,携带古老的信息到达从未到达过的远方。而今天的人们也得以观察到这团宇宙之初的余辉。由于宇宙的膨胀,今天这团余辉中的光的波长已经被拉长到了微波波段,而不为人眼所见,温度也相应地降到绝对温度2.7K。然而,今天这些微波还在从四面八方不断地以几乎相同的强度到达我们所在。微波背景辐射和大爆炸核合成一起,成为了膨胀宇宙的最有力的实验证据。 大爆炸宇宙学模型远没有就此胜利。膨胀宇宙观存在着大量疑难。

在观测上,人们有出乎意料的发现:宇宙中存在数目巨大的看不见的物质。人们发现像我们的银河系这样的星系外围的星体以反常高的速度在运动,似乎它们是在被一个巨大的、不能

被发光可见物质总量所解释的质量所吸引着。当来自遥远星系的星光传播到我们眼前时,人们发现它们被横在中间的难以解释的巨大质量分布所扭曲——这是所谓的弱引力透镜效应(weak gravitational lensing)。此外,人们还发现许多星系团中的成员星系也在以高速运动,星系团中发光的物质总量似乎完全不足以把它们吸引住不让它们四处飞散。种种证据让人们相信宇宙中存在着总量达可见物质5倍的暗物质(dark matter),它们主宰着宇宙中物质结构的演化。似乎我们的银河系,以及其他所有的河外星系,都被巨大的暗物质晕所包围——在夜空中最近最亮的星系也只是暗淡的小斑点,但倘若我们可以看见它们周围巨大的暗物质晕,或许夜空就会像梵高的《星夜》那样灿烂。今天人们相信,这些看不见的暗物质是由一种重粒子所组成,但这种粒子和组成可见物质的核子、电子和光子几乎没有任何相互作用——它们像幽灵一样穿梭在我们的四周,来去无阻。

黑暗的宇宙中还有着比暗物质更加奇异的东西:暗能量(Dark Energy)的存在,在最近又被天文观测所证实。超新星爆发是宇宙中剧烈的灾变事件,一类超新星发出的光亮几乎恒定,所以当它们看上去更暗时,我们就知道它们更遥远。天文学家利用这样的“标准烛光”来丈量宇宙的大小,特别是宇宙最近的膨胀历史。他们惊讶地发现宇宙在近期膨胀开始加速。由于传统的物质,包括暗物质和辐射,由于它们的引力作用,都只能使宇宙膨胀减缓,这意味宇宙中必定还存在着性质非常奇特的“暗能量”——它具有负的压强,从而起到一种有效的排斥作用。还记得Einstein“一生最大的错误”吗?有趣的是,宇宙学常数正是“暗能量”的一种可能解释,Einstein抛弃了它,但是今天它又回来了!

直到今天为止,人们还不知道暗物质和暗能量到底是什么。

不过暂时,让我们撇下这些宇宙的黑暗成分,来看看膨胀宇宙模型另外一些更加微妙的困难。

首先是关于空间几何性质的问题。从数学上讲,一个空间上均匀的宇宙可以是三种不同情况之一:宇宙可以是平坦的,就如我们日常所感知的那样;宇宙可以具有正曲率,就像一个球面,上面的两条“直线”延长后总会再次相交;或者,宇宙还可以具有负曲率,就像一个马鞍面,上面的两条“平行的直线“却可以越离越远。知晓我们的宇宙属于那一种情形并不是想象的那般容易,这需要在天文学的巨大尺度上做几何测量。实际上,知道一个遥远天体到我们的准确距离是很困难的,因而在很长的时间里,人们不知道宇宙的曲率是正是负。后来,随着天文学观测精度的提高,人们发现宇宙的曲率既不是正也不是负,而是平坦的。乍看起来,平坦的宇宙似乎最为自然,然而在一个动态的膨胀模型中,确保宇宙今天基本平坦却需要宇宙在”开端“极端地平坦。这种对于初始条件的病态敏感性始终让严肃的理论家觉得不太舒服。

对于初条件的敏感性还体现在另外的方面。

其一是宇宙大尺度结构(large scale structure)的演化。从行星系统,恒星和恒星团,再到单个的星系,我们把眼光放到宇宙中越来越大的尺度,最终到达由近千个星系组成的星系团,这是今天宇宙中最巨大的被引力束缚住的系统。但在更大的尺度上(也就是哥白尼原理开始成立的尺度上),宇宙仍然呈现出上图(来自Sloan数字巡天)类似蛛网的结构,其中的每一个像素点都是一个星系,这种网状的结构被称为cosmic web。这样的大尺度结构正是物质在引力作用下聚团坍缩的结果。利用计算机模拟的手段,人们可以还原出这样的结构长大的全过程,如下图所示,从左至右,大尺度结构随时间在长大,即物质从初始比较均匀的状态演化成越来越集中于这张宇宙之网的蛛丝和节点的位置。现在的问题是,在初始的时刻(最左图),我们需要一个初条件——宇宙开始时物质分布不能是完全均匀的,否则今天看到的这种不均匀的结构就无从解释。

在微波背景辐射中,人们发现了这种初条件类似的印记。下图是最近Planck卫星测量的令人惊叹的全天微波温度各向异性,其中红点和蓝点在天空中看上去大约有一度大小,它们所代表的冷热差异极其细微,大约只有十万分之一的差别。这种微小的涨落独立地佐证了宇宙开端需要一个不均匀的初条件。与大尺度结构反映今天的物质分布截然不同的是,这是一张宇宙30万年时的照片——微波背景辐射反映了那时宇宙中辐射的分布。

人们发现这样的初条件需要细致地选取——如果初始的不均匀性太大,则今天的宇宙在大尺度上看就不可能显得那么均匀;反之若太小,考虑宇宙的年龄是固定的,则宇宙今天将过于均匀,星系等结构还尚未形成。关于这个初条件还有一个奇怪的地方:前面我们提到了有限的宇宙年龄意味着存在视界,当我们盯着全天微波背景辐射的任意两片不同区域看时,它们在宇宙30万年时相隔的距离比那时的视界大得多,也即不可能有因果的物理过程可以联系这两片区域。但是观测无疑地告诉我们它们的温度差异只有十万分之一!

总结说来,我们看到的宇宙需要一个特别的初条件:极度地平坦,几乎但又不完全均匀,然后还似乎是非因果的!这是为什么呢?

理论物理学家给这个问题找了一个疯狂的解释:暴涨(inflation)。后来他们发现,这个解释其实不那么疯狂,而且很可能是对的。他们设想,在宇宙刚诞生的时候,可能距开端仅仅10的负12次方秒,宇宙经历了一个指数膨胀的过程,空间涨大了至少10的20次方倍。这个指数膨胀过程,很可能由另一种像暗能量这样的物质状态所引起。这样一来,我们今天觉得天空中因果独立的两片区域,在暴涨之前仅仅相距微观长的距离——它们其实是因果相连的。另外,无论暴涨之间宇宙有多么弯曲,在暴涨之后我们所看到的宇宙范围自然会是异常平坦的。这正好比地球如此巨大,从而站在她表面的我们难以感知其弧度。

暴涨满意地解释了今天宇宙的平坦和看似非因果的总体上的均匀性,但暴涨还能解释更多,它能解释宇宙初始的微小起伏!这是因为真空存在着量子涨落,在微观的尺度上,真空呈现出一种极大的不确定性,如同下图显示的时空泡沫一般。如果空间没有在飞速膨胀,这种量子涨落并不能为我们所察觉。但在暴涨时期,这些涨落在很短的时间内被拉大到比视界还要大,从而被固定下来。理论家的严格计算表明,这些量子涨落完美地提供了暴涨结束之后宇宙中的微小不均匀性,暴涨的预言和今天所有的宇宙学观测所吻合,即暴涨提供的初条件定量地解释了今天看到的微波背景辐射中的冷热起伏和大尺度上的物质分布的网状结构;换句话说,追溯到最初,量子涨落是今天宇宙中无限复杂结构的“种子”。如果你凝望今天夜空中的繁星点点,再想到它们事实上都起源于微小的量子涨落,这一切都显得那么不可思议!世界的量子本性,一种与我们的日常经验格格不入的本性,以这样一种奇怪的方式创造了我们的世界。

当故事讲到这里时,我们已经站在了今天的位置上——人们对于宇宙演化历史的主要理解, 就仅限于以上的全部,不多也不少。人们依然不理解暗物质和暗能量,也完全不知道什么触发了暴涨。这些问题在不久的将来也许会有一个答案。

现在我们不妨设想让时间从头来过,去回顾宇宙历史上的那些重要时刻:

在宇宙开端的时候,今天我们所熟悉的物质可能都并不存在,只有真空中那捉摸不定的量子涨落。然而,因为某种原因暴涨发生了,而这些微观的量子涨落在短时间内变成了宇宙中宏观的不均匀性。这不均匀性虽然微小,但是却奠定了宇宙之后物质结构演化的开始。

暴涨结束之时,能量被转化成了各种基本粒子。高密度的宇宙中充满着炽热的辐射。这一阶段持续了远不到一秒,但已知全部的W,Z玻色子,胶子,以及各种夸克和轻子,甚至最近才证实的Higgs玻色子还有暗物质粒子,都在这锅“热汤”中大量存在过。但宇宙持续的膨胀冷却着这锅“热汤”,重的粒子纷纷退出热平衡及湮灭,在今天不留下一丝痕迹。

在宇宙三分钟的时候,中子通过于质子结合幸免于衰变,产生了一系列最轻的元素,也作为日后合成重元素的全部原料。而较轻的电子,中微子和光子保持着宇宙的高热。

到了三万年的时候,电子终于冷却到可以被原子核束缚了,宇宙也随之变得清澈透明。那时宇宙中的光穿越了时空,到达130亿年之后我们的眼前,这就是今日的微波背景辐射。 此后,宇宙一直在缓慢地膨胀,而在引力的吸引作用下,物质开始从初始密度小的地方流入密度大的地方,网状的大尺度结构开始形成。经历了很长的黑暗期之后,第一批恒星在物质最富集的区域点燃,开始重元素的合成,并照亮了广袤的星际空间。随后,星系大量形成,并汇聚成星系团,乃到超星系团。最终,宇宙演化到今日群星璀璨的模样。

然而,在宇宙演化史上的不久之前,一个幽灵开始浮现——那就是暗能量,宇宙开始了加速膨胀。如果没有奇迹发生,暗能量将主宰宇宙的结局。宇宙最终又会进入一个指数膨胀的阶段,而所有的结构将相互飞速远去,永远消失在彼此的视线之中。当然,被引力束缚住的结

构会幸免于难——在很久的未来,人们在夜空可能将只能看见我们的银河系联同它的群星,还有邻近的星系,但将没有更远。而群星终有一天也会耗尽燃料而熄灭。无限的宇宙空间中将黑暗冰冷并几乎空无一物。

不要为这个结局难过,因为所有的故事都有结束的时候。更别忘了,空无一物不代表一无所有。也许在那时宇宙的一片荒芜角落,真空中永不止息的量子涨落又会触发一次暴涨,在这个已经死亡的宇宙中创造新生!

但是,这都将是无限久远以后的故事了。对于宇宙来说,我们所经历的生命只是一瞬,而它过去和未来的故事,更像是一个无比美丽的神话。

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后记:

本文作于Planck卫星实验第一次结果公布之际,其实也是有感而发,但是写得比较正式一些。

在读研究生之前,宇宙学(cosmology)对我来说还完全是陌生的。一年多过去了,在逐渐了解和学习的过程中,我发现宇宙学也是一个非常有趣的学科。更让我惊叹的是,物理世界重要的力量——基本粒子之间的相互作用、引力和量子力学在这里相互交织,以一种非常精细的方式相互平衡和制约,共同塑造了宇宙的演化。这样,许多关于自然界的事实都在这个由基本物理常数控制着的图景中找到了一个完美的解释。这好像一个拼图游戏,物理学广泛的不同分支,广义相对论、量子力学、基本粒子的标准模型、统计物理、核物理和原子物理,必需正确地拼到一起,才能勾画出正确的图景。这个拼图游戏的成功验证了人们长久以来的信念——在实验室中验证的物理规律同是也是放之四海皆准的。宇宙学关心的不仅仅是理解宇宙在巨大空间和时间尺度上的历史,同时也是检验基本物理规律在远方、在过去是否成立的重要途径。

宇宙学在最近几十年取得了很大的成功,但是也有一些一直未能解决的问题,比如暗物质暗能量的本性,以及暴涨的真正机制。然而要回答这些问题充满了巨大的现实的挑战,这不仅仅需要理论家从第一原理出发去思考去猜想,也需要各种地面上和太空中的高精度的观测实验在各种尺度上去发现一些蛛丝马迹。同时,其他科学领域的进展也可能会给这些问题带来一些启示。答案最终是什么,我们可以拭目以待。

宇宙学对我个人来说还是一个无比动人的故事,因为它生动地揭示了世界如何可以从一个无序、单调和极端的开始演变成一个高度秩序、丰富和适合生命居住的眼前的世界。当然,在未来宇宙也许重新回归到无序、单调和极端。无论如何,我们既不能见证过去也不能见证未来,但是我们还是可以还原故事的很大一部分。

平时我深深体会到,对于许多人来说,宇宙学这一名称听上去过于神秘深奥,而谈论复杂的数据曲线又过于专业化。为此,短文的目的是尽可能用通俗的语言和大家熟知的常识,来简要介绍宇宙学的来龙去脉,人们为何在乎它,以及谈谈我个人认为的宇宙学最重要的发现。这里很多的叙述在科学上并不准确,但我觉得只要让其他领域的朋友能够明白一些核心的概念,技术上的细节并不重要。而我也欢迎了解宇宙学的朋友提出一些意见和建议,一些个人的洞察,甚至是这个故事里遗漏的重要章节。另外,我在Google上“盗用”了一些我认为适合的插图,希望它们能一方面辅助文字解释一些概念,另一方面给文章增添一些额外的韵味。

Planck卫星的实验结果包含了大量的数据,现在终于在众目睽睽之下公布了,尽管有一些之前人们猜测可能会被证实的效应这次并没有被证实。但是让我们不妨大胆设想几年之后这些数据能告诉我们什么——能否给今天讲的故事加上一个新的篇章。

2013年3月

范文四:宇宙的故事

宇宙的故事

几千年来,人类一直相信宇宙是永恒的。回溯到亘古,夜空中的群星或许早已存在了无限久,而它们也应该会像今夜那样一直闪耀下去,年复一年,直至永远。后来,人们又意识到了我们的地球,太阳,甚至太阳系所在的整个星系,都只是浩瀚星海中的一个普通岛屿而已。整个宇宙从最大的视角上看应该是非常均匀的——我们所处的角落,应该和宇宙中每一个遥远的角落异常地相似,这就是所谓的哥白尼原理(Copernican Principle)。这样,环绕我们的宇宙不仅在时间上无限,在空间上也是无垠的。

然而到了20世纪初,当Einstein试图运用他的广义相对论方程来描述这样一个静态的宇宙时,却碰到了一个问题。当时,Einstein已经理解了物体之间的万有引力其实是物体的质量弯曲周围时空的几何体现。如果向一个静态的均匀宇宙加入星系,恒星,星际气体等等之类的物质,它们就会相互吸引,导致空间必需收缩。这样一来,宇宙无法在时间上永恒地存在下去。于是,无奈的他在方程里添加了人为的一项——一个“宇宙学常数”(the cosmological constant)。这一项引入了充满空间的奇怪的“负压强”,平衡了物质之间的吸引。 可是没过了多久,天文学家Hubble在他的望远镜里惊讶地发现宇宙并不是静态的。通过测量来自遥远星系星光的向红端移动的红移(redshift)效应,他发现所有的星系仿佛都在离我们远去。更奇怪的是,距离我们越远的星系,它们的退行速度就成比例地越大。一个很自然的解释就是,整个宇宙的空间在不断地膨胀,正如被吹大的气球膜上的任何两点,它们间的距离不停地在变大。至于物质之

间的吸引,则暂时只能减缓这样的膨胀,因为这种趋势具有巨大的

惯性。一个动态的宇宙是革命性的观念,以至于Einstein后悔他引入宇宙学常数是他“一生最大的错误”。

膨胀的宇宙带给人们两个启示。

首先,如果回溯过去,宇宙会比今天要小得多,星系之间曾经彼此靠得很近。宇宙在过去物质分布的密度也会比今天要大,相应地也要比今天热得多。以远小于光速运动的重的物质,简称为物质

(matter),它们的能量密度会随时间按照空间体积的反比被稀释。而另一类以光为代表的物质,统称为辐射(radiation),则以光速运动,它们的数量不仅会随着空间膨胀被稀释,它们的波长还相应地被拉长,从而能量变得越来越小。最终,它们的能量密度随时间按照体积4/3次方的反比减小。这样,即使今天宇宙中辐射的量相比于物质来说微不足道,在足够早的过去它却会占主导地位。

另一个启示甚至更加重要——宇宙的年龄是有限的。回溯过去足够久之后,空间变成了无限小,密度无限大,而温度则会无限高。在这样一个极端的“开端”,已知的物理定律似乎都崩溃了。而另一方

面,星系、恒星、行星,直至今天宇宙中一切的复杂结构,都要在

自开端以来这一百多亿年中形成,不能慢也不能快。此外,任何一个粒子,哪怕它以光速运动,在这有限的时间内也只能在这个膨胀的“气球”宇宙中移动有限的距离。于是,膨胀的宇宙中存在着视界(horizon),事物之间可能发生因果联系的空间界限——我们看不到离我们足够远地方的景象,同时足够远地方发生的物理过程也从来不能影响我们所在附近的事物。

这样的膨胀宇宙模型被称为大爆炸模型(the Big Bang theory),但是这里“大爆炸”并不是重点,因为已知的物理规律并不能帮助人们理解那个奇性的“开端”,重要的则是这个模型系统地预言了随后膨胀并冷却的过程中发生的重要物理过程。除了遥远天体系统性地退行之外,有两个被观测所证实的重要预言让人们大体上接受了膨胀宇宙的图景。

一个叫做大爆炸核合成(Big Bang nucleosynthesis)。

在“开端”之后仅三分钟的时候,宇宙中充满了炽热的辐射,以至于组成各种原子核的基本要素,质子(氢核)和中子(统称核子),都还在自由地运动于这锅“热汤”之中。当温度降低到一个临界点时,无序的热运动不再能抗拒核子之间强大的吸引,它们开始束缚到一起。于是,随着一系列链式反应的启动,质子和中子合并形成最轻的一些原子核——氘,氦,锂,氚,铍 ... ... 一个接着一个。自由的中子只有平均15分钟的寿命就会衰变,因此这最初的三分钟时间是如此地重要,因为中子必须要及时结合到原子核中才能幸免下来。如果自由中子的寿命再短一些,我们就只能得到一个全部是氢元素的单调的宇宙,恒星无法被点燃,生命也无从形成。大爆炸核合成精确地预言了宇宙中3/4的元素是氢,剩下几乎1/4的元素是氦,而所有其他的元素含量甚微。少量的轻元素在大爆炸核合成时期形成,到铁为止的元素则在宇宙后期的恒星热核反应中形成。而大量更重的元素,则全部在剧烈的超新星爆炸瞬间被合成出来——说我

们都是星尘并不为过。这些定量预言的大部分和观测到的元素丰度令人惊叹地吻合!

第二个重要的预言是宇宙微波背景辐射(cosmic microwave

background),它后来被射电天文学家在实验中很偶然地发现了。 当年轻的宇宙达到30万年的时候,温度仍然比较高,所以电子还不能被质子捕获形成中性的氢原子。宇宙中还存在着大量的辐射,即电磁波,或者日常所说的光。在这样一个电离的环境中,光并不能自由地沿直线传播,它们不断地与带电粒子碰撞、折射与反弹。换句话说,这时的宇宙不是透明的——如果我们设想处在当时的宇宙

中,则我们会被炽热的光亮包围,而看不清远处的任何物体。就在

这时,随着膨胀宇宙的进一步冷却,另一个临界点达到了。疲软的热运动不再能阻止电子和质子束缚成中性氢,而宇宙对光变成透明了。这一关键事件被称为复合(recombination)。于是宇宙开始30万年的光得以在空间中自由穿行,携带古老的信息到达从未到达过的远方。而今天的人们也得以观察到这团宇宙之初的余辉。由于宇宙的膨胀,今天这团余辉中的光的波长已经被拉长到了微波波段,而不为人眼所见,温度也相应地降到绝对温度2.7K。然而,今天这些微波还在从四面八方不断地以几乎相同的强度到达我们所在。微波背景辐射和大爆炸核合成一起,成为了膨胀宇宙的最有力的实验证据。

大爆炸宇宙学模型远没有就此胜利。膨胀宇宙观存在着大量疑难。 在观测上,人们有出乎意料的发现:宇宙中存在数目巨大的看不见的物质。人们发现像我们的银河系这样的星系外围的星体以反常高的速度在运动,似乎它们是在被一个巨大的、不能被发光可见物质总量所解释的质量所吸引着。当来自遥远星系的星光传播到我们眼前时,人们发现它们被横在中间的难以解释的巨大质量分布所扭曲——这是所谓的弱引力透镜效应(weak gravitational lensing)。此外,人们还发现许多星系团中的成员星系也在以高速运动,星系团中发光的物质总量似乎完全不足以把它们吸引住不让它们四处飞散。种种证据让人们相信宇宙中存在着总量达可见物质5倍的暗物质(dark matter),它们主宰着宇宙中物质结构的演化。似乎我们的银河系,以及其他所有的河外星系,都被巨大的暗物质晕所包围——在夜空中最近最亮的星系也只是暗淡的小斑点,但倘若我们可以看见它们周围巨大的暗物质晕,或许夜空就会像梵高的《星夜》那样灿烂。今天人们相信,这些看不见的暗物质是由一种重粒子所组成,但这种粒子和组成可见物质的核子、电子和光子几乎没有任何相互作用——它们像幽灵一样穿梭在我们的四周,来去无阻。

黑暗的宇宙中还有着比暗物质更加奇异的东西:暗能量(Dark Energy)的存在,在最近又被天文观测所证实。超新星爆发是宇宙中剧烈的灾变事件,一类超新星发出的光亮几乎恒定,所以当它们看上去更暗时,我们就知道它们更遥远。天文学家利用这样的“标准烛光”来丈量宇宙的大小,特别是宇宙最近的膨胀历史。他们惊讶地发现宇宙在近期膨胀开始加速。由于传统的物质,包括暗物质和辐射,由于它们的引力作用,都只能使宇宙膨胀减缓,这意味宇宙中必定还存在着性质非常奇特的“暗能量”——它具有负的压强,从而起到一种有效的排斥作用。还记得Einstein“一生最大的错误”吗?有趣的是,宇宙学常数正是“暗能量”的一种可能解释,Einstein抛弃了它,但是今天它又回来了!

直到今天为止,人们还不知道暗物质和暗能量到底是什么。

不过暂时,让我们撇下这些宇宙的黑暗成分,来看看膨胀宇宙模型另外一些更加微妙的困难。

首先是关于空间几何性质的问题。从数学上讲,一个空间上均匀的宇宙可以是三种不同情况之一:宇宙可以是平坦的,就如我们日常所感知的那样;宇宙可以具有正曲率,就像一个球面,上面的两条“直线”延长后总会再次相交;或者,宇宙还可以具有负曲率,就像一个马鞍面,上面的两条“平行的直线“却可以越离越远。知晓我们的宇宙属于那一种情形并不是想象的那般容易,这需要在天文学的巨大尺度上做几何测量。实际上,知道一个遥远天体到我们的准确距离是很困难的,因而在很长的时间里,人们不知道宇宙的曲率是正是负。后来,随着天文学观测精度的提高,人们发现宇宙的曲率既不是正也不是负,而是平坦的。乍看起来,平坦的宇宙似乎最为自然,然而在一个动态的膨胀模型中,确保宇宙今天基本平坦却需要宇宙在”开端“极端地平坦。这种对于初始条件的病态敏感性始终让严肃的理论家觉得不太舒服。

对于初条件的敏感性还体现在另外的方面。

其一是宇宙大尺度结构(large scale structure)的演化。从行星系统,恒星和恒星团,再到单个的星系,我们把眼光放到宇宙中越来越大的尺度,最终到达由近千个星系组成的星系团,这是今天宇宙中最巨大的被引力束缚住的系统。但在更大的尺度上(也就是哥白尼原理开始成立的尺度上),宇宙仍然呈现出上图(来自Sloan数字巡天)类似蛛网的结构,其中的每一个像素点都是一个星系,这种网状的结构被称为cosmic web。这样的大尺度结构正是物质在引力作用下聚团坍缩的结果。利用计算机模拟的手段,人们可以还原出这样的结构长大的全过程,如下图所示,从左至右,大尺度结构随时间在长大,即物质从初始比较均匀的状态演化成越来越集中于

这张宇宙之网的蛛丝和节点的位置。现在的问题是,在初始的时刻

(最左图),我们需要一个初条件——宇宙开始时物质分布不能是完全均匀的,否则今天看到的这种不均匀的结构就无从解释。 在微波背景辐射中,人们发现了这种初条件类似的印记。下图是最近Planck卫星测量的令人惊叹的全天微波温度各向异性,其中红点和蓝点在天空中看上去大约有一度大小,它们所代表的冷热差异极其细微,大约只有十万分之一的差别。这种微小的涨落独立地佐证了宇宙开端需要一个不均匀的初条件。与大尺度结构反映今天的物质分布截然不同的是,这是一张宇宙30万年时的照片——微波背景辐射反映了那时宇宙中辐射的分布。

人们发现这样的初条件需要细致地选取——如果初始的不均匀性太大,则今天的宇宙在大尺度上看就不可能显得那么均匀;反之若太

小,考虑宇宙的年龄是固定的,则宇宙今天将过于均匀,星系等结

构还尚未形成。关于这个初条件还有一个奇怪的地方:前面我们提到了有限的宇宙年龄意味着存在视界,当我们盯着全天微波背景辐射的任意两片不同区域看时,它们在宇宙30万年时相隔的距离比那时的视界大得多,也即不可能有因果的物理过程可以联系这两片区域。但是观测无疑地告诉我们它们的温度差异只有十万分之一! 总结说来,我们看到的宇宙需要一个特别的初条件:极度地平坦,几乎但又不完全均匀,然后还似乎是非因果的!这是为什么呢? 理论物理学家给这个问题找了一个疯狂的解释:暴涨(inflation)。后来他们发现,这个解释其实不那么疯狂,而且很可能是对的。他们设想,在宇宙刚诞生的时候,可能距开端仅仅10的负12次方秒,宇宙经历了一个指数膨胀的过程,空间涨大了至少10的20次方倍。这个指数膨胀过程,很可能由另一种像暗能量这样的物质状态所引起。这样一来,我们今天觉得天空中因果独立的两片区域,在暴涨之前仅仅相距微观长的距离——它们其实是因果相连的。另外,无论暴涨之间宇宙有多么弯曲,在暴涨之后我们所看到的宇宙范围自然会是异常平坦的。这正好比地球如此巨大,从而站在她表面的我们难以感知其弧度。

暴涨满意地解释了今天宇宙的平坦和看似非因果的总体上的均匀性,但暴涨还能解释更多,它能解释宇宙初始的微小起伏!这是因为真空存在着量子涨落,在微观的尺度上,真空呈现出一种极大的不确定性,如同下图显示的时空泡沫一般。如果空间没有在飞速膨胀,这种量子涨落并不能为我们所察觉。但在暴涨时期,这些涨落在很短的时间内被拉大到比视界还要大,从而被固定下来。理论家的严格计算表明,这些量子涨落完美地提供了暴涨结束之后宇宙中的微小不均匀性,暴涨的预言和今天所有的宇宙学观测所吻合,即暴涨提供的初条件定量地解释了今天看到的微波背景辐射中的冷热起伏和大尺度上的物质分布的网状结构;换句话说,追溯到最初,量子

涨落是今天宇宙中无限复杂结构的“种子”。如果你凝望今天夜空中的繁星点点,再想到它们事实上都起源于微小的量子涨落,这一切都显得那么不可思议!世界的量子本性,一种与我们的日常经验格格不入的本性,以这样一种奇怪的方式创造了我们的世界。

当故事讲到这里时,我们已经站在了今天的位置上——人们对于宇宙演化历史的主要理解, 就仅限于以上的全部,不多也不少。人们依然不理解暗物质和暗能量,也完全不知道什么触发了暴涨。这些问题在不久的将来也许会有一个答案。

现在我们不妨设想让时间从头来过,去回顾宇宙历史上的那些重要时刻:

在宇宙开端的时候,今天我们所熟悉的物质可能都并不存在,只有真空中那捉摸不定的量子涨落。然而,因为某种原因暴涨发生了,而这些微观的量子涨落在短时间内变成了宇宙中宏观的不均匀性。这不均匀性虽然微小,但是却奠定了宇宙之后物质结构演化的开始。 暴涨结束之时,能量被转化成了各种基本粒子。高密度的宇宙中充满着炽热的辐射。这一阶段持续了远不到一秒,但已知全部的W,Z玻色子,胶子,以及各种夸克和轻子,甚至最近才证实的Higgs玻色子还有暗物质粒子,都在这锅“热汤”中大量存在过。但宇宙持续的膨胀冷却着这锅“热汤”,重的粒子纷纷退出热平衡及湮灭,在今天不留下一丝痕迹。

在宇宙三分钟的时候,中子通过于质子结合幸免于衰变,产生了一系列最轻的元素,也作为日后合成重元素的全部原料。而较轻的电子,中微子和光子保持着宇宙的高热。

到了三万年的时候,电子终于冷却到可以被原子核束缚了,宇宙也随之变得清澈透明。那时宇宙中的光穿越了时空,到达130亿年之后我们的眼前,这就是今日的微波背景辐射。

此后,宇宙一直在缓慢地膨胀,而在引力的吸引作用下,物质开始从初始密度小的地方流入密度大的地方,网状的大尺度结构开始形成。经历了很长的黑暗期之后,第一批恒星在物质最富集的区域点燃,开始重元素的合成,并照亮了广袤的星际空间。随后,星系大量形成,并汇聚成星系团,乃到超星系团。最终,宇宙演化到今日群星璀璨的模样。

然而,在宇宙演化史上的不久之前,一个幽灵开始浮现——那就是暗能量,宇宙开始了加速膨胀。如果没有奇迹发生,暗能量将主宰宇宙的结局。宇宙最终又会进入一个指数膨胀的阶段,而所有的结构将相互飞速远去,永远消失在彼此的视线之中。当然,被引力束缚住的结构会幸免于难——在很久的未来,人们在夜空可能将只能看见我们的银河系联同它的群星,还有邻近的星系,但将没有更远。而群星终有一天也会耗尽燃料而熄灭。无限的宇宙空间中将黑暗冰冷并几乎空无一物。

不要为这个结局难过,因为所有的故事都有结束的时候。更别忘了,空无一物不代表一无所有。也许在那时宇宙的一片荒芜角落,真空中永不止息的量子涨落又会触发一次暴涨,在这个已经死亡的宇宙中创造新生!

但是,这都将是无限久远以后的故事了。对于宇宙来说,我们所经历的生命只是一瞬,而它过去和未来的故事,更像是一个无比美丽的神话。

范文五:宇宙飞船等

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宇宙飞船等

作者:

来源:《学生天地·小学低年级版》2009年第11期

宇宙飞船

小朋友,上图中的宇航员属于a、b、c、d四艘宇宙飞船上的哪一艘呢?

数字排队

数字一家本来打算去旅游,数字爸爸、妈妈和哥哥都已经准备好了,可出发时却找不到小妹妹了。其实,这个调皮的小女孩就藏在A、B、C、D几个小姐妹中间,请你按照爸爸、妈妈和哥哥身上的规律,把小妹妹快点找出来吧。

巧吃糖豆

小美爱吃草莓味的糖,爸爸担心她会吃坏牙齿,就想了个办法。他在6颗菠萝味的糖豆中夹了一颗草莓味糖豆,装进一个透明的软管里,对小美说:“不把管子弄断,不把其他糖豆倒出来,如果你能直接倒出这颗草莓糖,我就让你吃。”这可把小美急坏了,大家快来帮帮她吧!

这两幅美丽的图画上有几处不同,小朋友快点把它们找出来吧!

天天有许多美丽的花裙子,却从不收拾,七零八乱地堆满了她的小床。今天,妈妈要惩罚她,便让她找出最下面的一条裙子。天天这下犯愁了,到底哪条才在最下面呢?小朋友快来帮帮她吧! 惊喜小奖品

小朋友,答对一道题就可获得一个可爱的笑,如果能得到三个,那就快快把你的答案写信告诉我们吧!小飞侠会有精美的小奖品送给你哦。别忘了,把信寄到:兰州市雁宁路399号《学生天地》“天地大转盘”收,邮编:730010。

范文六:光影中飞翔的宇宙飞船

你知道中国飞得最远的飞行器是什么吗?

是嫦娥二号。

2010年10月1日18时59分57秒,嫦娥二号卫星在西昌卫星发射中心由长征三号丙运载火箭成功发射升空,并于2010年10月6日上午顺利进入距离地球约38万千米的地月转移轨道。此后,它成为月球的卫星,在围绕月球旋转的同时,完成了一系列工程与科学目标。然而,这不过是嫦娥二号遥远征程的开始。

2011年6月9日下午,圆满完成探月任务的嫦娥二号离开月球,前往距地球约150万千米远的日地拉格朗日L2点,8月25日到达指定位置。这时,它变成了围绕太阳旋转的小行星。

2012年12月13日,嫦娥二号在距地球约700万千米远的深空掠过4179号小行星,最近距离仅为3.2千米,完成了中国第一次对小行星的探测。这时,它是小行星探测器。

此后,嫦娥二号与地球的距离不断被刷新:

2013 年1 月,1000 万千米。

2013年2月,2000万千米。

2013年7月,5000万千米。

2014年6月,1亿千米。

要知道嫦娥二号的设计寿命为6个月,可4年过去了,它还在锲而不舍地飞呀飞。谁还敢说它是探月卫星?根本就是无人驾驶的宇宙飞船嘛。

但跟科幻电影里的宇宙飞船比起来,嫦娥二号似乎又算不得什么,下面就来看看那些科幻电影里的飞船都有什么本事吧。

速度最快

出自:《星际迷航》

名字:企业号

服役时间:23世纪中叶

最新版的《星际迷航之暗黑无限》中,企业号在尺寸、动力、武器装备等各方面都有了大幅度的提高。新企业号长760米,高190.5米,碟部宽度340米,至少能容纳20艘9米长的穿梭机。

相位炮和光子鱼雷是企业号所装配的武器系统,但企业号最为厉害的是它的曲速引擎。

所谓曲速引擎,其实是一种以反物质为燃料的发动机,它能在运动物体周围制造一个人工的曲力场,使物体能在这个扭曲的时空气泡中以几十倍于光速的速度移动。曲速就是衡量在这个时空泡里运动的物体的速度。打个通俗的比方,一辆汽车速度不变,但是由于将道路长度进行了大幅压缩,导致路程相应缩短,行驶的时间也就得到了极度的节省。

那么曲速引擎到底能飞多快呢?最初编剧几乎是在随意使用,有时快,有时慢。后来逐渐固定下来:曲速1级是1倍光速,曲速2级是10倍光速,曲速3级是39倍光速,曲速4级是102倍光速,而曲速9级是1516倍光速,曲速9.9999级达到惊人的199516倍光速―若以这个速度飞行,横越银河系也只需要半年时间,至于曲速10级则直接标注为无穷快。

企业号的巡航速度为曲速8级,最高速度为曲速9.5级,毫无疑问,即使在科幻电影里,这也是最快的。

航程最孤独

出自:《深空失忆》

名字:极乐世界号

制造时间:2174年

2153年,地球人口极度膨胀到了252亿,人类已将地球的食物与水资源消耗殆尽。这时,开普勒空间探测器探测到了一颗遥远的类地行星―坦尼斯,点燃了人们的希望。2174年,一艘载满60000名移民的天空飞船极乐世界号,抱着对新家园的渴望驶向遥远的坦尼斯。

无疑,极乐世界号是一艘前所未有的巨大移民船。60000人相当于一座中型县城的规模,人类到目前为止,还没有制造过能够一次性运送60000人的交通工具。想要知道极乐世界号有多大,想象一座城市,还有它所有的附属设施,飞上太空的景象就行了。

由于旅途漫长,船上也没有足以维持的食物,所有非工作人员都在冷冻装置中处于深度睡眠状态。飞船只由3名飞行员负责驾驶,每隔2年时间轮换一组飞行员。

若干年后,地球传来了最后的消息:地球已经毁灭了,极乐世界号上的60000名乘客成为仅存的人类。

这个突如其来的噩耗,只有正在值班的3名飞行员收到,而其余的乘客毫不知情。这引发了一场严重的恐慌,其中一个飞行员精神失常,杀死了另外两名飞行员,成为唯一控制飞船的人,随后他导演了一幕幕令人发指的悲剧。

外形最奇怪

出自:《撕裂地平线》

名字:刘易斯与克拉克号

制造年代:2047年

2040年,新领域号在试航时神秘地消失于海王星附近。七年后,新领域号突然发回信号,内容似乎为求救,于是当年设计新领域号的威尔博士受命乘坐刘易斯与克拉克号前去施救。

这艘飞船的名字大有来头。刘易斯与克拉克受美国总统杰斐逊的委托,在1804年到1806年进行了首次横越北美大陆的往返考察活动。这次考察活动使杰斐逊对北美大陆有了更为全面的了解,最终促成路易斯安那购买案,将美国版图扩大两倍。刘易斯与克拉克也由此成为美国历史上著名的探险英雄。

在电影中,刘易斯与克拉克号的样子非常古怪,但说出来也很简单,它的样子就是按照巴黎圣母院大教堂来制造的,这与电影所要表达的救赎主题有关。原来,新领域号安装了能够扭曲时空的黑洞引擎,结果穿越黑洞后,新领域号来到的异度空间与传说中的地狱一般无二。所有目睹了异度空间的船员都发了疯,而前去营救的刘易斯与克拉克号代表的就是《圣经》中的救赎力量。

体积最小

出自:《星球大战》

名字:千年隼号

出厂时间:很久很久以前

在《星球大战》中,各种型号的宇宙飞船琳琅满目,从X战机到Y战机,还有与行星一般大的终极武器“死星”,但其中最为著名的,还是千年隼号。

作为一艘货船,千年隼号最初属于蓝多・卡瑞辛,然而索罗在一次激烈的萨巴克游戏中赢得了它。

从表面看,千年隼号像其他科瑞利安工程公司制造的YT-1300型货船一样,有一个飞碟型的主船体,一对像双颚一样的前部货舱,以及安置在船体一侧的一个圆柱体状的驾驶舱。但在其船壳之下,千年隼号隐藏了许多它真正强大的秘密。它的新主人索罗对这艘货船进行了“特别改装”,加强了它的速度、防盾和性能,而它的武器,也被升级成军用级的四联装涡轮激光炮塔。用意很明显,索罗就是要把千年隼号改造成为宇宙里最为厉害的走私货船。为此,千年隼号在腹部安装了可伸缩的反步兵速射激光炮,在其前颚布置了震荡导弹发射器,在舰体上安装了诺德克斯肯高级防盾发生器,在船体内部也有防搜查的走私隔舱。最大的也是最重要的改造当属发动机,2部经过大幅自行改装亚光速引擎不但使千年隼号能以1050千米的时速在各个行星的大气层里飞行,也能直接飞出行星大气层,在太空中进入匪夷所思的“超空间”。等它从超空间出来,就已经到了另一个极为遥远的星系。

就个头而言,千年隼号不算大,长26.7米,可载100吨货物和6名乘客,但其作用,却是无可替代的。

在索罗的指挥下,千年隼号成为一艘著名的星际走私飞船,并以最短的距离和最短的时间完成了从卡塞尔星出发,途径Maw黑洞星团的走私航线。当索罗卷入起义军与帝国的征战中,千年隼号为反抗联盟服务。正是千年隼号为卢克・天行者对死星的最后攻击行动提供了掩护火力。在霍斯之战期间,千年隼号又成为莱娅・奥加纳公主的逃生飞船。在决定性的安铎之战中,千年隼号的协助是反抗联盟舰队的关键―它翱翔在未完成的死星II号的内部,用质子鱼雷齐射将帝国的命运彻底终结。

肯定会有人说,拿现实里的飞船跟科幻电影里的飞船作比较是不公平的――科幻电影里可以随便编嘛。事实并非如此。在科幻电影中,所有的宇宙飞船,从造型到速度,从武器到发动机,都和导演所要表现的主题、故事、美学、影调等息息相关。你想想,要是企业号飞进《异形》系列电影,感觉上会有多么别扭啊。

还会有人说,科幻之所以叫科幻,就是因为那是人们对未来的幻想。其实,科幻的一个妙处就在于,没准儿在未来的某一天,那些幻想就变成了现实。比如,火箭发射倒计时。1926年,德国乌发电影公司拍摄了科幻电影《月球少女》。该片导演弗里兹・朗格别出心裁地在火箭发射的镜头中设计了倒数计时发射程序,即“……5、4、3、2、1、发射”。没想到,这一发射程序竟引起了火箭专家们的极大兴趣,最终将其从科幻电影变成了现实,并被全世界普遍采用至今。

谁能说飞翔在光影里的宇宙飞船一定不会飞进现实呢?

(责任编辑/刘阳)

范文七:舌尖上的宇宙飞船

“主食:什锦炒饭。副食:干烧杏鲍菇、雪菜肉丝、榨菜、叉烧酱。饮料:浓香奶茶。”2012年6月20日,这是景海鹏、刘旺和刘洋三位“神九”航天员享用的第一顿太空早餐。

张嘴吃饭,几乎是与生俱来的本能动作,这是在地面上,航天员在太空吃饭却要反复演练,他们的嘴角潜伏着巨大风险。

“如果有水珠在饮水时不小心跑出来,它也不会洒落,而是在空中飘浮,可以把液体做成长条、圆环等各种形状,如果不给它外力,它会在自身张力作用下形成一个非常圆的球。”对于天上的生活,中国首位太空人杨利伟的描述颇具艺术美感。

然而,如果航天食品打开以后散了或者四处飞舞,这是很危险的。食品残渣一旦进入航天员的呼吸道、耳、鼻和眼睛等器官,在微重力环境下,很可能造成致命的伤害。饮水时,航天员也要小心溜出来的水珠,水珠进入仪表仪器会导致短路等故障。

正因为担忧碎屑带来的伤害,在人类进入太空的初期,航天员采取的都是“嘴对嘴”的进食方式,即把液体或半固体的食品装在类似牙膏管的容器内。进食时,航天员通过一根导管将食品直接挤入口腔,这种食品的味道可想而知。

不过,为了降服这些调皮的碎屑、水珠,“神十”生活舱内设有“捕捉器”,犹如童话中万能的伏魔瓶,能够及时把飞舞的“精灵”抓回来。

1961年4月12日,苏联“东方一号”飞船进入太空,航天员加加林的任务之一就是进食试验。当时,航天专家担心,在失重状态下吞咽不仅很困难,食物还会卡在喉咙处,进而危及性命。

今天看来,这似乎显得杞人忧天,但太空就餐依旧要讲究技巧。杨利伟就竭力避免“煮熟的鸭子飞了”,“吃东西都得闭着嘴,因为失重,所有东西都会飘,嘴里的食物也随时可能飘出来”。

2003年,“神五”飞行恰逢中秋节,在吃特制的月饼时,杨利伟还发明了一个小游戏,把小月饼一个个扔起来,让它们漂浮着,排成一列,之后按顺序逐个吃掉。

仅仅依靠乐趣,不足以提振航天员的食欲,航天员置身其中的不是天堂,而是一个充满噪声、振动、辐射,失去了大气层保护的环境。

美国国家航空航天局的研究发现,在失重环境中,由于体液上涌,鼻腔充血,唾液分泌也会发生变化,这直接导致味觉神经钝化。同时,肌肉萎缩,骨质丢失,还会出现航天性贫血和肠道微生态紊乱。在进入航天器的头几天里,空间运动病发病率高达40%,这些因素都会导致食欲下降或丧失。

技术在不断进步,太空就餐的物理风险逐渐弱化,配合温暖的“老味道”逐渐进入菜谱,新的风险又随之来临,这被业界称为航天食品的“卫生安全”。

(文字来源:《南方周末》)

范文八:月球:外星人的宇宙飞船?

作者:王月

东方少年 2000年03期

记得我们小的时候,每到夜晚,明月高悬,我们总会情不自禁地问身旁的大人:“月亮上有人吗?谁在上面呢?”大人们总是饶有兴趣地给我们讲嫦娥奔月的故事,还告诉我们:“月亮上有嫦娥,有一棵大桂树,还有一只不停地捣药的小白兔。”除此之外便再讲不出什么来。

“那,那上面还有别人吗?”

“……”

大人们卡壳了,答不出来了,那时,我就想,那么大的人连月球上有什么人都不知道,真笨!

如今的孩子又指着月亮来问我这些问题了。除了嫦娥、桂树、小白兔之外,我还可以告诉他们一些新奇有趣的事。其中又有许多不解之谜让我卡壳。

月球上有生命吗?

随着人类多次登上月球,月球的秘密正在逐渐揭开。科学家们用显微镜观察由宇航员从月球表面带回的土壤,又做了300次以上的实验,希望从中找到生命迹象。然而这些土壤不像人们想象的那样含有任何生命迹象。科学家们预想:在月球上,虽然没有水也没有空气,到处遍布岩石,严酷的昼夜温差、寒暑变化使月球表面成为一个生命难以存在的地方。然而在岩层之下,也许会存在着某种生物,也许月球内部生命正欣欣向荣。人们甚至设想:月球本身就是一艘宇宙飞船,生物就住在这艘宇宙飞船内。

直到今天,人类还是无法证实月球上确实没有生命存在。因而把月球上的生命体想象为——月球的智慧生物。

月球的智慧生物

自从人类发明了望远镜几百年以来,人们一直在观测着月球。观测结果总是给人带来一些意想不到的惊喜和谜团。

1800年9月7日,几位法国人在月球表现上发现几个笔直飞行的物体,这些飞行物像军事演习一样间隔一定时间,又重新编队飞行;

1889年9 月瑞士日内瓦的特弗利教授发现月球普林尼乌斯环形山中央突然出现一个圆形环状物,在其它环形山中也发现这种圆形物,科学家推测这种圆顶状建筑物,也就是UFO。据过去的记录,这种圆形UFO的数量在急剧增加:1856年时是2个,到1950年时就超过了100个!目前已超过1000个!难道月球真的是外星人UFO的基地?

据说美国阿波罗飞船在登月途中曾与一个巨大物体相遇,苏联宇航员在太空飞行中也曾遇到一个他们编队飞行的UFO。

甚至有的科学家发现月球表面有神秘人口,以此推论月球内部有空洞,里面是供外星人存放宇宙飞船的基地,这种外星人是一种比人类更为聪慧、进步的生物。

一位苏联科学家曾谈到外星人,他说:1968年6月5日,苏联发射了一颗载人宇宙飞船直飞月球,宇航员一男一女,三天后宇宙飞船顺利在月球上着陆,他们即开始对月球科学考察。后来,突然出现了一个“机械怪物”袭击了两位宇航员,男宇航员不幸身亡,女宇航员侥幸逃回飞船并返回地球。这种“机械怪物”大概就是月球智慧生物。

科学家通过对月球岩石标本的研究发现,月亮比地球更古老,也就是说,在地球形成之前,月球就已经存在了。而且在地球出现之后,月球才被操纵着飞上了地球的轨道,围绕地球“旅行”。月球不过是一只外星人操纵的宇宙飞船。

他们为什么在那里

“月球——宇宙飞船”只是一种假想。因为人类对月球的探访仅有几次。而能够登上月球的人又寥寥无几,在月球上的活动范围十分有限。许多科学家都怀疑一些国家的空间开发机构可能担心引起人类恐慌而有意掩盖在月球上所看到的事实真相。

另有一种假说把月球想象为外星人窥视地球的一个中转站。科学家发现月壳便是月球宇宙飞船的外壁。“阿波罗”15号宇航员欧文说:“月球表面呈显铅锡合金那种灰白色,就像用火箭炮轰击后熔化的铅。”月球内部是空洞,这空洞又不是自然形成,而是部分为人工所成,这是便是被外星人使用的基地。

以上这些不过是科学家的预言,其真实性还有待人们去发现和研究。

法国哲学家、物理学家笛卡尔说:“月亮离我们之近简直伸手可得,但是有许多许多隐藏的东西我们是看不到的。”将来小读者会有机会到遥远的星际空间旅行,别忘了首先观察一下月球——这个离我们最近的星体,揭示月球的奥秘。那时候,当小孩子们向你们询问起月亮的时候,你们可以告诉他们许多许多,而不再会卡壳。

范文九:宇宙飞船中的仿生学

蓐 .

■ 方向, 能又控 制它 们 的身 体 平 衡 。科 学 家 楫在翅

启的示 下 ,成制了谐 振 螺陀 仪, 用 火 在箭 及飞船

生仿学是 19 0 年 正6 式诞 生 的 门 一 综 性合 的 边

缘 科 学 。 研它 生 究物 系统 结 的 构 性 质 、能量

转 换

和 信息 传 递 过程 , 并 用所 获 得 的 知识 改善

现有 或 的 创造崭 新 的 机 械 仪、器 、建 结 构 和

筑工 艺过 。 程

上  ,人人提 高了 飞 器 自动行控制 系 统性 的 。能

宇宙 飞 船上天 要使 用 多级 火 。箭 为减了 少火

箭 负的担 , 船 飞的 体积 很小, 除 了宇 航 员必 需 的 工

载 人 宇 宙飞船是 一 种保 障能 航 员宇在 太空  执行

航天 任 务 并安 全 回 地 面返 的 航天 器。 科 学 家 们

作、 生 活空 间外, 没 一有 点 余富。在 极 这其有 限

的太 空舱里 除 了 保要 有 充证足 的 氧 外气,还 不 能 有  丝毫的有 毒 气 , 体否 在 密则封 舱 内的 宇 航 员 将 性有 命

在各 类 生 物的 示 启 ,下运 用 仿生 学原 ,理为 宇 宙  飞 的 船计设 、 作 、运 工 、行 故 障分 等析提供 了  最为可

的靠 考 参。

之。 以,必所要须 在太舱 空安装高内 、效高 敏灵

的度气 分 析 体 ,仪以 保 证宇 航 员 的 全 安 科和 研工

的 顺 进 行利。

人眼结

的构示 启人

眼 可 以 对 周  围 的比景 物 , 使人 感

经 们 过研究 发

现 苍,蝇 就 具有  高 效 测 气检体   的 领 本仿 生。 学 家由此

得 启到发,   根 据 苍蝇 嗅 觉

器知 自身的运 动 和位置

状 态 , 确定 体 物 的 远近 、 形 状 和 对 大 相小 科。 家 学 由 此 得

们官

的结构 和 功  能, 成功仿 制  出

一到

启 示 研 制,成 了功

种小 型气 体 分

种 叫做“ 生物 —

仪 。这析 仪种

的器“ 探 头不 是”

电 位子 置传 送 ”器

的 “ 造 眼人” 。 种 技

金属 而 是 , 活的

苍 蝇 。 就 把是非 常 纤 细 微的 电极

术装 置 可 用以 来动自

控 制 宇 宙飞 船 下降 阶

的段 导 。

制插 到 苍蝇的 嗅 觉  神 上 经 将 引,导

蝇苍 的 启 示苍

蝇 复的眼 包含 4 0 0 0个 可独 立 成像 的

宙宇飞船 中 的仿生 学

一 成李云

出 的来神 经 信电 号  经电 线 子放路

大 后 传,送 分到 析 器 ; 分析 器 一

眼单 ,能看 清 几 乎 630 范 度围 内的物 体 在 。蝇眼

发 现 异 ,常便 能发

出 警报 。这 种仪 器 已 被 经 安装

的 启 示下 , 人 制们成 了由1 03 多块0 小 镜透 组成  的

一次可 拍 摄13 0 0 多 张 分 辨率 照高 片 蝇 眼 照的像 机  在,航天 上被 广 泛 应用。   蝇 能苍 连续 行 飞几 小时不 降落 , 飞 行速 高

时 宇 宙在飞 船里 ,用 检 来 测 舱内气体 的 成 分 。

马 腿骨骼结 构 的启 示

马 陆是地 上 奔跑 度速 快最 耐力、最 强 的 哺乳  物动 之 一 ,它 们奔 跑姿 优态美 ,轻 快 如飞 。那

2 0千 米。它 不 要 滑需行 能,沿与 地面呈 3 0 度

角的 迅度 速起 飞 ,可 在空 中急 停 、 急 转 弯, 垂 直

上 升 、 下 降,着 陆 动作也 很 快 轻。 科学 家 研 究发   现 ,来 在苍 原蝇 膀 翅后 面还有 一 对小 的翅膀— —   楫翅 , 它像 船的 和桨舵 样一 既 控能制 苍 蝇 的飞 行

么, 马 跑奔轻时快 如 飞的 秘诀 到 底 什 么呢是 美?

国 科家 拉学 普 夫经过 达长3 年研 的 发 现 究马 腿,

骼 的 构 造 十 奇 分特, 第 其 掌三 骨上有 个 一 不毫

.捷 .  野 .

起 眼

的 天 小然孑 L, 使这 马腿 能 在奔 中驰 单腿承 受

身体重量 和 空 气 阻 带力来的 强 压大力 。

构 结 可 能遭到 破坏 。 航天专 家 花 从 结构 中得 瓣到

启   示:当 花瓣 关 闭 时 花 瓣 占,用 体的积 最 小 并,

研究 小组以 电 脑 模 为 基 型 础, 造 制一 出 块“

仿 生板 ,”作 为 应用 于飞 机或 宇 宙飞 船 材 料  结构 的 原型 。 他们特意在 仿 生“ ”板上 做 了一 个 小

能 够很 好地 保护 花 蕊: 当 花瓣完 全 开 放时 其 ,

互相 遮挡 程 最度小 ,让 雌蕊 最 大 度程地 接 受 来

自各

的 花 方 。粉日 宇本宙 航 空 开发机 构 设 计 出了   能 像 瓣花 一 自样主 开 闭 太 的阳帆 。 20 0 1年6 1月 1 日

日产, 的太 阳 飞 帆船 在 距 地 约球 770 万千米 的 太 空 中 利顺 展 了边长开1 米4 正的 方形 帆研 究。人  员望在希来未, 这样 的 阳太 帆 能 为宇 飞宙 船 在各  情种况下 提 供 动力 。

孔, 孔 的四 周 喷 上聚 氨 酯 沫泡 塑料, 此 来以 模 拟马腿

第三 掌 骨 小 孔 围周骨 构 造 。的科 学 通 家过研  究证 明 “, 仿生板 ” 具有 强 的超 压 抗 力能 ,对  于必 须 长期 对面强 大气 流压力 的宇宙 飞 等船 飞行器  来说 有具 重要 的应用 价 值。

蜂 房构 造 的 启示

为  使了 宇宙 飞

船 到达足 够的 飞 行 度 ,运 载速

长 颈

鹿 的启示  长颈 鹿 之所 以 能 将 血 通 液 长过 长的 颈 部输 送

到头 部是, 由 于颈 长鹿 血 的很压 高 据测。 定长,

火 箭必 须 提供 相当大 的 推 力 。 飞 船 自 身重 量 越

轻 , 就越 能减 运轻 火载 身箭 的 上“包 袱” 也,就

鹿 的 颈血压 比 的人正 常 血 压高 出 两 。倍这 高 样 的 血 压什 么 为 会不 使长 颈 鹿 忠 脑 溢血 而 死 亡 呢?  这 与 颈 鹿长 体身 的结构 有 。关首 先 ,颈 长鹿 血管 周 围

的肌 肉非 常 达 发 , 压能 血缩管 , 控 制 血流

能使 飞 船飞得 更 高、 更 远。 为减 轻 飞船的重 量,   科 学 们家 从蜂 窝 结的 构中 得 到 启了 。发 蜂 窝 是由一 些 个 挨一 个一, 排列得 整 整 齐

的六 齐角小蜂 房 成 的组 。 其实蜂 房 不是 纯粹 的六 棱

; 同量时 长 颈 鹿 腿部 全 及 的 身皮肤 和 筋 膜 绷 得 很

, 利紧于 肢下的 血 向液 上回 流 。 科学家 由 此 到受 启 示 , 训 练在宇 航 员 时, 宇让 航 员每 天 锻 炼 几小

形 , 而 是底部 三 由 菱个形 成拼 的 “尖 顶 六棱 柱 形

” 我 国 数。学 华家 罗 庚 确精 算 计后 指出 : 在蜜

身长 、腰围确 情定 况 下,尖 顶 棱六 柱 蜂 形 房用 料 最

省 。

, 防以止 们他 血管周 围 的肌肉 退化 ; 宇在宙 飞

船 升 空时, 科学 家 据根 颈 长 利鹿 用紧 绷 的 皮肤可

控  制 血 管压 的 力 原 ,理研 制了 出 行 服飞 —— “ 抗

于是 , 制造飞在时船,人们先 将 属金材料 做 成  房蜂 状形 ,然 再后用 两 块 金属 把板它 夹 来起 成 就  了 蜂 结构窝。 这 种 构 结 的行 器飞容 量大 ,强 度 高 ,且 自重

轻 也 , 易 不传 导音声 和热量 。因 此, 今天 宇的

荷服 ”。抗荷 服 上 安 有 充气装 置随着, 飞 飞船行

速 的度 高增 , 荷 抗 可 服 以 入 充一定 的 气 体量 ,从 而 对 血管 产 生 定 一的 力压,使 宇 航员 血的压保 持 正 常 。 时 同宇 航 ,腹员部 下以部位 是 入抽 去套

宙 空 飞 等 飞 船 器 都 行 采用 了这 蜂种窝 结构 。

气 的  封密装 置中的 , 样 这 可以 减 宇 航小员 腿 的部 花 瓣 构 造的 启  示太 阳 帆, 也被 称为 帆光 ,是 使 用轻 质 而 巨  大的薄 膜 镜片 ,不需 要 耗消能 量而 以 阳太 的 辐射 压 作

推为进 力动 的 种 一结构 。 在 太 空 运 中 的行 航  天 器 于处失 重 状 态 , 无 空又 气阻

力 , 要只有  少 许外 力 ,就 会 改 变 动运 方向 和速 度 , 这样  一模 拟 生 物 膜的 选 择 透 过 性 , 反 渗 透 技 术 以可  用 最低 的 成 、本最 短 时的 、间 小 的功最耗对 大 量 污 水   进 处行理 , 将 所有 杂 摒 除质在 外, 把 污 水转 化 为 洁 淡 净水 。 在宇宙 飞 船中 , 反渗 透 备设是 必

血 压

利 ,于 身体上 部 的 血 液下向 输 送。

生物

特征的启 示 膜

, 使即面 积不 的 大太 阳帆 也可 能 作 为船飞的动

力  上派用 场。  但飞 在 大 气船 层升 空 时 , 太 若帆 打阳开 ,   产会生 巨大 的 力阻, 而 且由于 摩 擦 生 热 , 太 阳 帆的

不 可

少 的, 可 以把它 人类的 液汗 排 和 物 泄中 的 水 分进 集 中行处理 以,供循环 利 用。  I责 任 辑编l 赵 菲

范文十:宇宙飞船中燃料的控制

0物理与工

Vo程.3 No 6 0 2  1  1  0 3.

宙宇 飞 中 船燃 料的 控 制

王 林墨

( 肥业工大 ,学徽 合肥合

(安稿 日 期 0 3: 6 1) 收 2  00 2 —

020 3)0

摘 9 要  本文 介 绍 在 宇宙 飞 船 中 , 极 化 用力控 制 燃料 是 一 个 行 之有效 方的法. 利

键 词关  宇 宙飞 ; 极 船子; 极化  偶

电Co N TR

oL I G  N T H  FE UEL  N  PACERC AT FI

W S   olann M i g

e(  e Hfi P l to c  n i vr:y u   co no y,e e , y e hn cU i e s t   fTe l g H hfi Ahni 2 09 u)  3 00

Ab

ta t s r  c

e n r dc ud e  fc ie  i to  a efe t  vme ho  t c   t dO ntoo  t  f n lpc cat yrl he eu i s a  e r fb

po lr ng z cf. ai i   o r e Ke   o sds c a c di tl p oa aii   y Wr  p a er f ;ope; l rzt no

在宇宙飞船 中 ,失重 于 此燃, 料 由 因 不:

是沉积箱 在底 而 悬 浮 是空在中 或 到 溅周四 这,   就样破 了 飞 坏 船 平的 ;衡时 如 果 燃 从 燃  料 料同 进 口线 漂 走移的 话就会 切 断 飞 船 料 的燃 供

.科 学此 绞 家尽 脑 , 汁很 了多方 , 为法想 其 中

利用 极 力化控 制 燃料 是一 个行 之有 的效  方 i  法 .  图 1如 示 ,所料 装 在 个两 电 极 之. 燃间 两  个 极电 板以夹 角 放 置 们,从 r 它n— 延, 到  伸r . 外压电“ 在 外 加 场 作 电 用下, 料 介  b— 加. 燃质 被极 化. 据电 介 的 偶 质极子 模 型,以  证根 可明  在 ]不 均匀 电 场中作 用 在 偶 极 子 上 的, 力

1f一( ・V )r   p E )( )(1

图  1极 化 燃 料的 控

f制一 ( 一£ )E・ )   £  (  E

) 4

(用 矢利 恒 等 量

V式 ・()B 一 ( V・) + × A ×( B)+  A BAV ( ・ V) B- 4 AB- × ( ×A V)

然显, 用 于 极 偶子 集 结 上体 的力 度密是 作 f 一

( ・V ) r  PE ( ) ( )2

使A—B— , E有V (  V・ ) 是 ( 于)则 E一 E 2, E

式4写  为

式 中 化 强极 P— p,度单 位 体积内 子 分 电是

偶 极

矩 P 的 量矢和 .许多 情况 下 化, 度 强 在极 是 介 质内 场 电的 性线函 数 ,  即

一P( £一 £E    )(  3)

f= 去 (

E一 £)。

5)

际实用 使, 加 中电通 压是 常交变 . 外的设  外 加电 是压

“: U  os   X. oc (  6

)因

此 , 各 向 于性同 电 质介的 化 极力密度 是 对

与 工理

程V.o3 N o 6 02  11  .  0 3

a一1 m; 一1;0 — 1 a cb 0 r md

31

对 于角夹 O为o的 两 电 板极, 电极间 电场  是U

oo o s -  ̄c一

) 7

可 以 算 出 燃计 料 受上 最力大 值 为   一F 3  3 这 个 力较 其 在 地 球 的重 量 ( O40  . . N 约  N0或

84g 小 得 , 多是它 在 太 中空足 以 服 克 0 k)但

液 体燃 是 料线性 介 质 . 用 公 式 ( 求 得)   利 力,

密5 度是

, 一 c s   ( 2o  ) () 8

重 力当消 失时 存 的在 其他 微 的 弱力 ,可 以  便 有

效 控地 制 燃着 料箱 中的 燃 .料

考  参  文献

电极板 间 燃料 总受力 , 由积 分 给出

, f。。。   -:d.『,rz    r:d 『.; d

一 一

U c(d- e ) o o s2*o e o- Z

— —

[ ] 约 瑟 夫 M・ 克 罗 ・列. F n anas f 1 d meut  loA pl d p i e

E l cr sa i s 181 6et ot t .e  .6    95

( b   ()   ) 一  口  (

9[] 褚 孟 似 .学 物理 9 7,8,   21 大8 1 3( )  [ Ma ks Z .h Ecr lman t Fed T  h y a 3o r 1u a   eto g ne ciil  e r :

p rb e o m  ol v gna p o c 1 72 7  s l  ip r h,a 9,92

一 于个 典 的燃 料型箱

e一2.5  ;一 1 e;d mU 一 。5 kV0

( 接第 2 页 ) 上

有 够足的 负 馈 反,至 于 使 射 极 出 输 的器 线  不 性动范态 围小 , 缩要又 使 U与U 电压 值 差   异   。 悬 较 殊 ,利于 实 际测 . 于量选取 不 同的 R 有 由  值 , 器极 A的就 不 , 如同 R  射 例 分   别选取   2,QM2 5 O 由 图2射 输极 出器 示 意的   k 图1 O, Q

可得 :,

③ 当 R

一2 Q  k

lA一  Fl1 _0. 0 9 9

kQ O2

O。

此 可 看

到 : 取 1 Q ~ 2Q 的 阻 电R k 时k,  A在 论理 上 就 非常接 近 1 在 实 际 测 量 时,

^ 一 一 干

(+   R:1

容 易出 A现 ≥ 1的 错 误 现 ;  取象5 O R OQ  时 ,论上理U 在 和  U。差 值 就 较 大, 别 为  差

2   左 右.以 选 取R 时 在5 O 所8O Q~ Q 1之  k

100 R + 1

l 一

h  般 一 为 Q2右左. k

间 比 合较 . 理们 在 实 中验R 我   取5 的O电  1 阻 , 样Q 使即 在 毫 伏 分 表 率 辨 高 不 情 的 下况 这 仍 保能证 学 生测量 A  , 会 不 出 现反   且常现象.

上以 种 方 两法都 使能得 实 在 测 验量 中不

影 射 极响输 出器 工 作 能性的 状态 ,下开 射  拉 极 输 出器 输出 电压U 与 输 入 电压 U。 的  距差,

使 验实效果明显 ,又 不 响影射 极 输出 器 性 能 ,

图 2 射 极输 器出 示意

帮 助 图学生 射对 极输 器出 特 点进行 正 理 确解 .  参

考  文  献

① 当 R 一5 O    O

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]汉武 大学电 子 路 教材线编 组 . 写子线 路实验 . 1E电 M]

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北 :京 等 教 出版育 ,9社51 9高 1. 0.  9

当R 一  1 M2

3E童诗 白. 拟电 子 术 基 础技 模 。2 。舢

教 育等 版出 ,社 98 2 818 .

6第二 . M版] 北 : 京E. 高

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