科技新新聞: 太空船一號在第一次試飛時達到了音速
蟑螂偵察隊
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2004/04/23 第4期
 
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太空船一號在第一次試飛時達到了音速

伯特羅丹(Burt Rutan)的太空船一號(SpaceShipOne)火箭飛機,在2003年12月17日,也就是萊特兄弟進行人類第一次飛行的100週年那天,進行的第一次動力試飛時,打破了音障。測試飛行員布萊恩賓尼(Brian Binnie)在由伯特羅丹駕駛的白騎士號(White Knight)運送飛機載到半空中發射後,將這架機翼粗短的有翼火箭飛到近時速1,500公里──相當於1.2馬赫。

這次飛行是羅丹要將這架飛行器送上100公里高空,並贏得獎金一千萬美元的X大獎這個目標的一個里程碑。這艘火箭飛機由白騎士號攜帶至14,630公尺高空中被釋出,賓尼接著啟動引擎,將太空船一號拉成60度角的爬升角度,然後在引擎點火9秒鐘後打破了音速。這樣的加速度將賓尼以三倍於地心引力的力量(3個G),推壓在他的座椅裡面。接著他再繼續將太空船一號繼續往上拉──這樣會在他的身上再加上2.5個G值的力,接著引擎在6秒後熄火,飛機則保持垂直爬升的狀況。

這樣的情況下,太空船一號會繼續向上飛行,但又慢慢地因為地心引力而慢下來,然後在達到20,730公尺高空時呈現幾近完全停止的狀態。賓尼接著升起了這架飛行器特有的「羽狀翼」──一個專門設計來使太空船一號在垂直下降時能保持穩定的翻起式尾翼,然後以自由落體的狀況垂直下降約60秒後,再將這個羽狀尾翼收起來,以進行類似飛機滑行式的降落。

這一切都進行得很順利,只是一個控制上的問題造成了降落時的顛簸,結果衝出了位在美國加州莫哈維(Mojave)的跑道,還損壞了主起落架。姑且不論這次很不怎樣的降落,這次飛行顯示了這顆火箭引擎的確能發揮作用,以及這架飛機能在超音速的情況下操作,還有這架飛機能從零速度的情況下轉變成穩定的「羽毛式」降落。修復之後,這架飛行器預計將以更長程的火箭行進、更高的高度,和更快的速度再進行飛行。

訪問火箭人

以下是我們和太空船一號測試飛行員布萊恩賓尼的對話。

Popular Science:這次飛行學到的最重要一課是什麼?

布萊恩賓尼:在那樣的高度能順利啟動引擎,而這是我們以前從來沒做到過的。各方面的性能表現和用模擬器預測的結果都非常接近,可見得我們的阻力模型很接近實際狀況。

形容一下爬升的狀況吧。

啟動點火開關後,引擎就在不到一秒內點火了,然後就像賽馬場攔著馬的那扇門打開時的樣子一樣,砰!你和馬都衝出去了。當引擎熄火時,我發現自己呼吸得非常吃力。

太空船一號在零重力的狀況時怎樣?

零重力的狀況時是這次飛行中最令人開心的一部分。我還記得當時心中想著:「準備進入旋轉狀態吧。」但當時的飛行狀況其實相當平靜而且良好。如果要說有什麼真正炫的地方,可以說就是羽狀降落的性能。

你在降落時有狀況發生哦。

對像我這樣海軍飛行員出身的人來說,那其實並不算什麼。當時我正在達到終點的前10秒,然後就陷入了上下左右顛簸。這種顛簸在搖桿上施加了往後的壓力,而我對應的作法就是把手鬆開,讓搖桿繼續往後以減輕壓力,於是上下左右顛簸的情況就消失了,但是跑道愈來愈接近,而我的降落速度又太快。伯特是個真正了不起的大師。他看看損壞的太空船一號說:「這我們可以修好。」

在尋找毒素時,間諜昆蟲能去人類無法到達的地方。

蟑螂偵察隊

下次要用大腳使勁踩死蟑螂之前,先想想:你殺的這隻蟑螂可能正是對抗恐怖主義戰爭中的前哨步兵。

至少,在美國新墨西哥州阿布奎基市(Albuquerque)的桑地亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)材料科學家傑夫布林克(Jeff Brinker)所看到的願景是如此。布林克和他的研究團隊已經設計出了一種方法,能將這種大家都痛恨的昆蟲,轉變成匿蹤的環境守衛戰士,以偵測化學或是生物劑。

用蟑螂來偵察的這個想法並沒有看起來(用看起來比較好)那麼奇異。美國國防部已經在探索要如何使用各種東西(從像蟲一樣大小的機器人,到活生生的黃蜂)來進行類似的任務。布林克在三年前開始採用蟑螂這個想法之前,進行的是一項由美國國防部資助的計畫,目的是訓練蜜蜂當「嗅出」爆炸物的偵查員。

蟑螂自然就成了下一個對象。布林克說:「蟑螂是種生命力很強的東西,而且牠們本來就喜歡探索隱密的地方。」但要怎樣善加利用蟑螂的狡猾特質呢?布林克說,關鍵就在於將基因改造過的酵母細胞貼在蟑螂的身體上,而這種細胞在碰上有害物質時便會發光。

同樣隸屬於桑地亞國家實驗室,且和布林克合作的生化學家蘇珊布羅茲克(Susan Brozik)說,比起機械式感應器,活體細胞有好幾項潛在優點:又小又便宜,而且對周遭環境的感受性非常敏銳。

但是布林克也說,實際將活體細胞製作的感應器派上場應用時,卻很難讓這些活體細胞保持活著的狀態。

所以桑地亞的研究團隊就在細胞外面包覆了一層Sol-Gel:一種布林克所發明,大致上是以二氧化矽(也就是一般的沙子)所構成的液體物質。這個覆層會硬化成一種只有幾奈米厚的多孔殼,且每個孔都能貯存營養物質以使這些細胞能賴以維生,還讓這些細胞能「嗅」得到外界空氣。

目前,這個團隊的科學家已經將會對霍亂有反應的基因和會發光的水母基因接在一起,而創造出一種接觸到霍亂時就會發出綠光的酵母;現在他們正在研究能偵測炭疽的細胞,並希望最後做出可以偵測其他毒素的細胞。

桑地亞並不是唯一試著利用這種以細胞為基礎的感應器的實驗室。去年美國麻省理工學院(MIT)的科學家也設計出了會在接觸到天花和炭疽時發光的老鼠細胞,還有美國底特律韋恩州立大學(Wayne State University)的一位分子生物學家克瑞格季羅克斯(Craig Giroux),也正在將一般做麵包用的酵母加以改造,以偵測污染物和工業廢棄物。

儘管布林克還沒真正把基因改造酵母貼到蟑螂身上,但他說要做到這一步並不太困難。這些科學家們已經將噴墨印表機改裝完成,能將包有Sol-Gel的細胞噴在矽片、玻璃,或是塑膠支撐物上。現在只差將酵母附在蟑螂背後,就能讓蟑螂成了可以上場的蟑螂探員。

   
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