納米技術(shù)與航天

納米技術(shù)是指在0.1~100納米（符號：nm）的尺度空間內(nèi)研究電子、原子、分子的內(nèi)在運行規(guī)律和特性的新技術(shù).采用這種技術(shù)可以按照人的意愿來操縱原子、分子，或者原子團、分子團，制造出具有特定功能的微型材料和設(shè)備，將加工處理技術(shù)提高到前所未有的水平.納米是一個非常小的單位，1納米等于1米的十億分之一.如果將地球的直徑看做1米的話，那么1納米就相當于地球上的一個乒乓球的直徑，可知它有多小了！當一種物質(zhì)被“切割”成這樣小時，它的物理、化學性質(zhì)就會發(fā)生很大的變化.利用物質(zhì)的這些特性，可以研制出非常小的、具有獨特功能的材料和設(shè)備.例如，在納米電路中用1個電子就可以實現(xiàn)硅芯片半導體電路中10萬個電子才能實現(xiàn)的“通”、“斷”特性，它有可能成為未來更小、更精確和能耗更低的芯片的基礎(chǔ).采用納米技術(shù)研制的器材和設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等諸多優(yōu)勢.因此，納米技術(shù)已經(jīng)成為21世紀技術(shù)革命的核心.

科學家們預計，納米技術(shù)在新世紀中的應(yīng)用前景非常廣闊，已經(jīng)涵蓋了材料學、測量學、機械學、電子學、光學、化學、生物學等眾多領(lǐng)域.信息技術(shù)與納米技術(shù)的關(guān)系已密不可分.納米技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用前景更為廣闊，下面舉幾個例子說明它在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用.

輕小的航天器

采用納米技術(shù)可以使科學家和工程師設(shè)計并生產(chǎn)出用于飛機、火箭、空間站等需要的輕質(zhì)、高強度、熱穩(wěn)定的材

料，制造出成本只有6萬美元、大小如一輛小汽車的航天器，其發(fā)射費用可以從目前的每磅1萬美元降低到200美元.

納米器件不僅可以增加航天器的有效載荷，更重要的是可使耗能指標指數(shù)大幅度降低.這方面的研究內(nèi)容還包括：設(shè)計和制造重量更輕、強度更高、熱穩(wěn)定性更好的納米結(jié)構(gòu)材料；為微型航天器研制用納米集成的測試、控制和電子設(shè)備；研制低能耗、抗輻射、高性能的計算機.

布滿太空的納米衛(wèi)星網(wǎng)

未來的太空，袖珍式的納米衛(wèi)星將布滿天空.這些衛(wèi)星的各個部件都是用納米材料制造的，并用納米技術(shù)將它們裝配在一起，總質(zhì)量僅為0.1~10千克，具備了現(xiàn)在衛(wèi)星的所有功能.因為體積小、重量輕，一枚小小的火箭就可以發(fā)射數(shù)百顆甚至上千顆納米衛(wèi)星，形成覆蓋整個地球的衛(wèi)星網(wǎng)，對地球上任何點進行不間斷的監(jiān)測、偵察和信息轉(zhuǎn)發(fā)，即使少數(shù)納米衛(wèi)星失靈，也不會使整個系統(tǒng)癱瘓，僅降低一些功能而已，這是現(xiàn)在的衛(wèi)星達不到的.生產(chǎn)這種衛(wèi)星不需要大型廠房和設(shè)備，科研單位、大學的實驗室里就可以將它們造出來.

由于它的生產(chǎn)成本低、周期短（約2年），又具有極強的靈活性、生存能力和軍事用途，因此受到各國軍事家的青睞.美國、俄羅斯等航天大國和許多中小國家均投入大量人力物力加緊研究.例如，2005年俄羅斯發(fā)射了一顆遠距離探測地球的納米衛(wèi)星，它的體積比家用奶粉桶略大一些，僅重5千克.在這顆衛(wèi)星上，裝有數(shù)碼相機，其拍攝視野寬度達290千米，照片分辨率可達50米.衛(wèi)星上的無線電發(fā)射器可以將照片傳回地面，購買這顆衛(wèi)星使用權(quán)的用戶只要用小型接收站就可以自己接收衛(wèi)星信息.地面控制人員可頻繁地與“納米衛(wèi)星”聯(lián)系，甚至像用手機打電話那樣快捷.此外，美國、英國等國也發(fā)射過納米衛(wèi)星.2004年4月，我國清華衛(wèi)星技術(shù)有限公司研制的首顆納米衛(wèi)星“THNS-1”也發(fā)射升空.

為了發(fā)射納米衛(wèi)星，美國正在研制一種納米火箭．它只有半個火柴盒那樣大，但它的推力是驚人的，它的推力質(zhì)量比相當于航天飛機的幾百倍，但耗費很低.

乘天梯到月球觀光

“敢上九天攬月”，這曾是中國人的一句豪言壯語，但是，將來不僅航天員可以到月球探險，普通人也可以到月球去旅游.這已經(jīng)不是幻想，納米技術(shù)的產(chǎn)生為人類提供了這種條件.

建造太空天梯最大的問題是天梯的纜繩，它們必須異常輕巧，又要十分堅硬，能夠承受超強壓力，同時還要能夠耐腐蝕.為了這種材料，科學家們苦苦等了幾十年.現(xiàn)在，可以制造天梯的材料終于研制出來了.1991年，日本科學家發(fā)明了碳納米管，它是一種由碳原子組成的空心圓柱體，圓柱體直徑約為30納米，僅是人頭發(fā)粗細的1/5000.它像鉆石一樣堅硬，但是又很柔韌，足以形成纖維．其強度可達到鋼的100倍.如果用它來做天梯纜繩，可以割成寬約1米，厚度比紙還要薄，卻能支撐13噸有效載重量的纜繩.

現(xiàn)在，科學家已經(jīng)著手進行地球天梯的研究.首先需要解決的是碳納米管的成本問題.目前休斯頓賴斯大學的史密斯等正在研制一種新的碳納米鋼索材料，它將制造碳納米鋼索材料的成本降低到每克1美元以下.之后，需要解決的是天梯的設(shè)計，美國和俄羅斯提出不同的設(shè)計方案，正在組織實施.地球天梯投入使用后，國際空間站需要的部件，以及想“暢游太空”的人類，都將通過這條纜繩被拉上高空，然后再將其“彈射”進入太空軌道.這樣，將物體或人送入太空的成本會大大降低.例如，目前航天飛機運送每千克物質(zhì)的費用是2萬美元，而天梯運送每千克物質(zhì)的費用只需要10美元.這樣，太空探索會變得更簡單．就像我們坐電梯一樣，太空旅游的費用也會更低.科學家們設(shè)想，將來在地球表面2.2萬英里外的太空，將建成太空酒店，讓太空旅客輕輕松松一睹宇宙奇觀.在地球天梯建成后，還將建造月球天梯、火星天梯，到那時在太陽系遨游不再是難事.人類可以踏足月球，以至太陽系其他行星.因此.天梯的建成將把人類太空探索的歷史跨越式地向前推進一步.

航天員健康的保護神

納米技術(shù)的發(fā)展也推動了納米醫(yī)學的產(chǎn)生.納米醫(yī)學可以彌補現(xiàn)在醫(yī)學的不足，在分子水平上，利用一系列微小的工具從事診斷、醫(yī)療、預防疾病、防止外傷、止痛、保健和改善健康狀態(tài)及醫(yī)學研究等工作.例如，應(yīng)用納米技術(shù)可研制靶向藥物，將基因和藥物帶到身體指定部位，使藥物對病區(qū)“指哪兒打哪兒”；采用納米技術(shù)可以做成有生物相容性的器官和血液代用品，人如果哪個器官壞了，像換零件一樣，換個納米器官就可以；裝有納米檢測器的生物芯片將直接進入人體并在體內(nèi)進行微手術(shù)，還可偵察病情，及早診治等.這些作用不僅可以用在地球上，造福于地球上的人，而且對于保證航天員在太空的健康和安全也是十分重要的.

在遠離地球的太空，監(jiān)測航天員的健康，了解航天中的各種惡劣因素對航天員健康的影響并及時采取措施保證航天員的健康，比在地球上更困難、更必要.尤其在脫離地球軌道的星際飛行中，航天員即使患了嚴重的疾病也無法將他們送回地球醫(yī)治，如何進行自身保健和治療成為影響航天任務(wù)和航天員健康的關(guān)鍵.納米技術(shù)可以實現(xiàn)這種要求，例如，若太空航天員得了輻射病，他可以將一種納米藥丸注射到體內(nèi)，納米藥丸在人體的血液中到處巡邏，將輻射引起的癌細胞殺死，正常的細胞仍然在發(fā)揮它們的功能，航天員的輻射病就會被治好.

采用納米技術(shù)制成的藥物，不僅增加了藥物的溶解度和吸收率，提高了療效，而且將它們敷在皮膚上就可以被皮膚“吃”進去.航天員在太空生了病，不用再打針，貼上一片膏藥就可以了.采用納米技術(shù)，還可以生產(chǎn)出識別血液異常的生物芯片，可以將它們注入航天員的血液，在血液中進行巡邏探測，及時發(fā)現(xiàn)諸如病毒、細菌這樣的外侵者，將其殺死.最近，科學家通過應(yīng)用生物納米技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了好幾種不同結(jié)構(gòu)的睡眠素，它們在睡眠中起的作用不同：有的能催眠；有的能延長睡眠時間；有的可以使睡眠更加深沉.科學家們正在進行人工合成睡眠素的研究，設(shè)想將睡眠素注入到航天員身體內(nèi)，使航天員在進行遠離地球的星際探險時，在太空睡上幾個月，甚至更長時間，使人類飛向茫茫宇宙成為現(xiàn)實.

（摘自《百科知識》）

【責任編輯：穆林彬】