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阿波罗登月跟我有关吗?有啊,比如你的鞋

果壳网 07-20

阿波罗 11 号登月 50 周年,全世界人们都在庆祝朝星辰大海迈出的这关键一步。

图 | France24

你可能会问了:人类上不上月球,跟我有啥关系?其实,关系还真挺大的。你日常生活中一些稀松平常的小科技,都要拜航空航天事业所赐。比如,你的跑鞋和吸尘器。

阿波罗登月计划是当时人类的技术结晶——虽然当年将它送上月球的电脑,还不如你现在天天玩儿的手机。而要进军太空,完成一项艰巨的任务,面临的挑战来自方方面面,需要的东西细到毫厘——如何保护宇航员、如何喂饱宇航员、如何操纵一个不占地儿的机器。而应对这些挑战的技术,后来也为其它领域所用,造福了人们的生活。

01

跑鞋

阿波罗 11 号的登月鞋 | Smithsonian Museum of Air and Space

阿波罗航天员穿的鞋子,不仅在月球上留下了脚印,所使用的技术也沿用到了现代的运动鞋生产中。毕竟,要登陆到未知又坎坷的月面,鞋必须坚固、防震且为运动提供足够多的支撑。

为阿波罗工作过的一名叫阿尔 · 格罗斯(Al Gross)的工程师,后来投身于运动鞋的制造,他用杜邦公司为航空航天供应的聚醚弹性体(Hytrel)代替了鞋中底里的泡沫材料(也就是鞋底和鞋垫之间的那部分),能够充分吸收体重带来的冲击。美国运动品牌 AVIA 首先将这种材料做进了他们的商品里。

图 | AVIA

NASA 制造航天服头盔时用过的制模技术(橡胶吹塑成型技术,blow rubber molding),也被用在了制鞋上。

而另一位 NASA 工程师弗兰克 · 卢比(Frank Rudy)将另外一项 NASA 的技术介绍给了耐克公司——把一些相连的小气泡铸进鞋垫里,达到减震的效果。这就是后来大名鼎鼎的 Nike Air。

NIKE Airmax 90 的登月纪念版,印了月面, 至于好不好看嘛…… | NIKE

你现在脚上穿的跑鞋,也得感谢阿波罗登月计划啊。

02

从钻头到吸尘器

为了在月面上取矿样,阿波罗的航天员带了一个超小、超轻、无线的小电钻,毕竟,大电钻不仅沉、占地方,航天员穿着笨重的航天服也不好操作。为 NASA 供应电钻的公司 Black & Decker 用了特别开发的芯片技术来调控电机的强度、速度,并且尽可能节约耗电量。

在月面钻月岩 | NASA

后来,这个技术经过改良,成为了手持吸尘器 DustBuster 的内核。这种小吸尘器跟阿波罗的电钻一样,小巧灵活,不用线、不用软管,比一本书还短,随手拿起来吸个桌子啊床啊特别方便,成为了经典产品。

手持吸尘器 | Interesting Engineering

03

体育场棚顶

在登月计划早期的试验中,阿波罗 1 号发生了严重事故,突然燃起的大火在数十秒内就吞没了三名航天员,全部不幸罹难。那之后,NASA 开始改进航天员的航天服设计,想要取代之前十分易燃的尼龙材料。最后,他们选择了一种带特氟龙涂层的玻璃纤维。这种材料像尼龙一样高强度、轻量、灵活,但却能够充分绝缘和阻燃,而且保温效率更高。

阿姆斯特朗的登月服 | Smithsonian Museum of Air and Space

后来,为航天服提供材料的公司 Birdair 转而将这个技术用在了建筑上。阻燃,隔热,轻量,透光,节省了照明和空调的成本,特氟龙的涂层还能减少雨水和湿气带来的侵蚀,的确也是完美的建筑材料。现在全世界很多体育场的顶棚都是这种纤维制作的。这种浅色、轻透、充满未来感的屋顶设计(张拉膜结构,Tensioned Membrane Structures),你一眼就能认出来。

Georgian Dome 的屋顶 | NASA

当然,这种防火的航天服的设计原理,也被用在了消防服和特警的装备上,继续保护着更多人免受大火的侵害。

04

泳池净水

我们都知道,许多泳池都是用氯来消毒的,但是氯本身水溶性比较差,会在阳光下挥发,有毒性和刺激性,还会产生有毒的化合物,比如次氯酸、三卤甲烷等。

阿波罗计划设计的生命维持系统中,使用了银离子来净化循环用水,能够杀灭细菌和藻类。游离于水中的银离子(Ag+)可以强烈地作用于细菌体中蛋白酶上的巯基(-SH),使蛋白酶丧失活性,导致细菌死亡。而当细菌被银离子杀死后,银离子又能从细菌尸体中游离出来,再杀下一个菌。所以,很少很少的银离子就能杀灭很多细菌和藻类,且不会对人体造成伤害。

水净化装置 | Carefree Clean Water

为 NASA 提供此技术的公司 Caribbean Clear Inc 后来用银铜离子技术来净化泳池、spa 等,最高标准甚至可以直接饮用。现在,另一个叫 Carefree Clearwater 的公司也开始将这种技术设计成可以替换的水龙头组件,为不发达地区的人民提供简便的净水设施。

另外值得一提的是,用来净化航天员排泄物的另外一种技术,被用来改善尿毒症患者的透析治疗

05

胰岛素

阿波罗登月计划早期的研发中,NASA 与一个叫 Parker Hannifin Corporation 的公司签了合同,研制并生产出来了一种可以给引擎控制燃料供应的装置,这种装置能够把燃料箱里的燃料,以滴为单位,精确地泵到引擎里,最后被用在了登月舱,以及 NASA 以后的宇宙飞船以及人造卫星上。

登月计划结束之后,NASA 帮助 Parker 公司转向了医药行业,把这种芯片精确控制滴灌的技术用在了药物上,比如给糖尿病病人用一个自动泵全天候打胰岛素

06

输油管道

太空的温度之低,在常压下的几乎一切液体都会凝固;而在压力几乎为 0 的地方,稍微加温,几乎一切液体又会被汽化。如何保存以及输送飞船和火箭当中的液体燃料呢?

阿拉斯加输油管 | Anchorage Daily News

阿波罗时代的飞船和火箭,几乎都采取了结合金属的聚氨酸泡沫作为隔温层。而这种隔温层的材料设计,也被用在了阿拉斯加的输油管道上。在天寒地冻的北极地带,这种材料能够保证一年四季管道中的石油都不会冻结。

07

魔术贴

在太空失重环境下,各种小零件会飘在空中,轻的让人行动不便,重的还可能会造成事故。但是,把所有东西都固定起来或者钉起来,又很麻烦——比如,铅笔怎么办?

NASA 从一家瑞士公司那里找到了一种尼龙刺黏扣,叫 " 维可牢 "(Velcro),一面是密密麻麻的小钩子,一面是毛絮状的尼龙纤维,可以把小部件固定在飞船上。听起来是不是很熟悉?对,这就是你衣服上、被子上的尼龙扣。虽然这种尼龙扣不是为阿波罗任务而专门开发的,但是的确因为阿波罗和 NASA 而成为了一个被广泛使用的小工具。

阿波罗 14 号谢泼德的宇航服配件 | NASA

今年,维可牢公司为了庆祝登月 50 周年,制作了一个 MV,请乐队 Walk Off the Earth 翻唱了警察乐队的老歌《月球漫步》(Walking On The Moon),伴奏中还加入了撕魔术贴的声音。

Velcro 的纪念单曲 | collect space

因为 NASA 的空天事业而进入民用领域的技术还很多。从电脑到飞机,很多我们现在的技术都受了早期航空航天领域的影响。当年人们为了星辰大海或者军备竞赛而举社会之力去做的事情,也推动了整体科技的发展,带动了许多其他非军用产业的繁荣,这就是技术的" 衍生 "(spin-off)。衍生不仅仅发生在具体的科技产品上,也发生在系统设计、品控监管、评估、标准化等等大的领域,切实地改变着人们的科技和工程思维以及实践。

实际上,这种 " 衍生 " 在很大程度上并不是航空航天任务本身的意图;航空航天事业,也不一定会带来民用技术的高速发展。毕竟,像阿波罗这样的任务是高度专业化、特质化的,所用到的系统和设计,也不是给普通产业使用的,其任务本身的保密性质,也不会让核心的技术轻易落入民用行业。

图 | NASA

但是,航空航天产业是一个巨大的综合体,除了核心的研发和制造之外,涉及到的许多方面的技术,都是全社会各个产业的研发成果——例如 NASA 会将材料和设计的任务外包给一些本来就是做民用的公司进行设计;而这些公司在这之后,也会将相似的原理和材料,用在其它技术和产品之上,比如跑鞋和吸尘器。

在航空航天和民用产业之间流动的人员,也会将灵感与想法带入民间,启发人们去实践各种各样的新产品、新发明、新思路。到了后来,NASA 也会利用自己的技术优势,帮助一些公司实践航空航天技术的平民化,也从里面获得一些经济支持;甚至 NASA 自己也有一个叫做《衍生》(Spinoff)的年刊,报告这些技术的应用现状。

Spinoff 2018 年年刊 | NASA

最主要的,还是需要整个社会有充足的创新力量、有一个活跃的市场,给这些奇思妙想的人提供足够的资本和支持。在这样一个社会,科技的投入,总会在这样那样的地方收获珍贵的闪光。

让我们期待新的登月和探索计划给我们带来的惊喜吧!

参考文献

https://www.nasa.gov/sites/default/files/80660main_ApolloFS.pdf

https://spinoff.nasa.gov/pdf/Apollo_Flyer.pdf

https://spinoff.nasa.gov/flyers/apollo.htm

https://spinoff.nasa.gov/Spinoff2004/er_1.html

Chiang, J. T. ( 1992 ) . Technological spin-off: Its mechanisms and national contexts. Technological Forecasting and Social Change, 41 ( 4 ) , 365-390.

作者:李子李子短信

编辑:Steed

一个 AI

说起军用技术转民用,想起一个段子:二战的时候,美国人用冻干技术储存血浆,意大利人用冻干技术储存……意面。

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