來自國際空間站的新成果新技術(shù)

文/ 松堂

自1998年11月20日，國際空間站的第一個組件——曙光號多功能貨艙發(fā)射升空，國際空間站已經(jīng)在軌道上運行了21年。國際空間站由于特殊的位置和微重力環(huán)境，運行期間進(jìn)行了大量的科學(xué)實驗和研究，產(chǎn)生了很多造福于人類的新技術(shù)，下面我們就來盤點一下來自國際空間站上的新成果、新技術(shù)。

清潔飲水技術(shù)

人類每天都要喝水，但世界上有很多人還無法得到清潔的飲用水，國際空間站上其實也面臨著一樣的困難。但是通過淡水再生系統(tǒng)和貨運飛船補充，國際空間站上不但有了充足的飲用水，而且持續(xù)運行了20多年。這樣的技術(shù)能不能用在地球上呢？當(dāng)然是可以的，不過要解決一個重要的問題，就是成本。載人航天的淡水供應(yīng)可以不計成本，在地球上給普通人喝就不行了。

我們先來看國際空間站上的水再生系統(tǒng)。它屬于環(huán)境和生命控制保障系統(tǒng)的一部分，由美國宇航局馬歇爾飛行中心負(fù)責(zé)研制，為航天員提供空氣和水。再生水所用的原料來自航天員的生活廢水——當(dāng)然包括小便。目前，一些國際援助組織正在和美國宇航局合作，為邊遠(yuǎn)村莊和受災(zāi)地區(qū)提供基于國際空間站技術(shù)的水凈化和過濾系統(tǒng)。

▲國際空間站上的機(jī)器人航天員

提升機(jī)器人技術(shù)

國際空間站上不但有人類航天員，還有機(jī)器人，而且不止一個。比較大型和復(fù)雜的就有五個：在站內(nèi)活動的一個和在站外活動的兩個。站內(nèi)的那個就是著名的、分成兩截上天的“機(jī)器人航天員”；站外的則是“加拿大臂二號”和“右手”，還有日本機(jī)械臂和歐洲機(jī)械臂。除了它們，站內(nèi)還有幾個只具備對答功能的機(jī)器人。站外的幾個機(jī)械臂在國際空間站建設(shè)期間發(fā)揮了重要作用。如今，“加拿大臂二號”依然承擔(dān)著接待貨運飛船的重任，每當(dāng)龍飛船或者天鵝座飛船來訪，都要先靠近國際空間站，然后用機(jī)械臂把它們抓住，拖到對接口附近對接。

國際空間站機(jī)器人基本達(dá)到了當(dāng)今人類機(jī)器人技術(shù)的最高水平。它反過來也對地面上的機(jī)器人研制產(chǎn)生了推動作用。通過技術(shù)轉(zhuǎn)移，一個叫做neuroArm的外科手術(shù)機(jī)器人誕生了，它可以安裝在核磁共振設(shè)備內(nèi)部，一邊掃描一邊由醫(yī)生在外面遙控手術(shù)，據(jù)說操作精度可以超過人類外科醫(yī)生的手。至今，這種機(jī)械臂已經(jīng)成功實施了35例手術(shù)。

眼科手術(shù)

現(xiàn)在的激光準(zhǔn)分子角膜手術(shù)也用上了國際空間站的技術(shù)嗎？答案是肯定的。手術(shù)相關(guān)的激光技術(shù)，最早是用來跟蹤航天員的眼球，看看人類在失重環(huán)境下如何眨眼、保持眼球平衡、如何控制眼球運動。很快，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這項技術(shù)可以用在地球上。在手術(shù)的時候，人眼不可避免地要運動，因此必須設(shè)法讓激光束能不斷運動，始終聚焦在某個點上，否則手術(shù)就失敗了。引入這項技術(shù)之后，激光準(zhǔn)分子手術(shù)的精度大幅度提高，如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用在世界各地。

防止骨質(zhì)流失、逆轉(zhuǎn)骨質(zhì)疏松

在地球上，人們往往到了老齡才會面對骨質(zhì)疏松的問題。而在國際空間站上，由于失重效應(yīng)，航天員們每分每秒都在面臨顯著的骨質(zhì)流失問題，這也成為國際空間站科研的一項重要內(nèi)容。每個月，航天員都要失去骨質(zhì)的1.5%，比地球上嚴(yán)重多了。為了解決這個問題，科學(xué)家們?yōu)楹教靻T設(shè)計了多種鍛煉手段，包括所謂的高強(qiáng)度對抗性訓(xùn)練。例如在空間站里設(shè)置的跑步機(jī)上，用橡皮繩索把航天員壓在跑道上，模擬回到地球之后所會承受的重力，幫助骨骼再生。同時，在宇航食品中加強(qiáng)鈣質(zhì)和維生素D的攝入。這些措施起到了良好的效果，不但為地球上的骨質(zhì)疏松患者帶來了福音，也為人類今后前往火星、小行星長期定居創(chuàng)造了條件。

從宇宙里觀測自然災(zāi)害

從宇宙里能觀測地球上的自然災(zāi)害，這是大家都很熟悉的事情。那么，為什么要用到國際空間站呢？航天員在太空中，可以用肉眼直接觀察到很多災(zāi)害類型，特別是颶風(fēng)、海嘯、森林火災(zāi)、火山爆發(fā)等等，可以直接做出一些判斷，把信息提供給地面。當(dāng)然，如果要進(jìn)行更精確的量化觀察，還是要用到專業(yè)儀器設(shè)備。國際空間站上有一臺稱為“環(huán)境研究和可視化系統(tǒng)”的設(shè)備，它的特點是數(shù)據(jù)向全世界開放，人們可以用它來觀察洪水、火災(zāi)、火山爆發(fā)和風(fēng)暴，它特別針對熱帶風(fēng)暴做了優(yōu)化，成效顯著。

▲國際空間站上的加拿大二號機(jī)械臂