紙飛機(jī)探索火星

枇杷

火星上到底有什么？未來(lái)，人類能不能移民火星呢？我們迫切想知道這些問(wèn)題的答案。為了早日得到答案，2020年，美國(guó)宇航局將發(fā)射“毅力號(hào)”火星探測(cè)車，如果成功著陸火星，這將是火星地表上第四輛美國(guó)探測(cè)車。

探測(cè)車是人類探索火星的先鋒，但是光靠它們是不夠的，以目前正探索火星的美國(guó)“好奇號(hào)”為例，它一天只能行駛20米，光靠這幾輛車，何時(shí)才能走遍火星呢？對(duì)此，美國(guó)宇航局的科學(xué)家們有了新的辦法。

“納米紙飛機(jī)”誕生

在自然界中，每到了用餐時(shí)間，一群群螞蟻、一只只蜜蜂就會(huì)傾巢而出，四處找尋食物，找到以后就開心地召喚同伴們共同分享。受到啟發(fā)的宇航局科學(xué)家也準(zhǔn)備在火星上放出一批機(jī)器人“蜂群”，讓它們幫助火星車大本營(yíng)探索火星。

想法雖好，不過(guò)實(shí)施起來(lái)不太容易，因?yàn)榛鹦擒嚤旧砣萘坎淮螅茈y裝載大量機(jī)器人，而如果機(jī)器人做得太小，就不能搭載大型能源飛得更遠(yuǎn)，這是一個(gè)兩難的問(wèn)題。直到“納米紙飛機(jī)”的出現(xiàn)才解決了這個(gè)問(wèn)題。

我們每個(gè)人小時(shí)候一定都玩過(guò)紙飛機(jī)，這是一種依靠風(fēng)力向前飛行的玩具，不需要其他能源就能飛得很遠(yuǎn)。如果紙飛機(jī)能成為探索火星的主力軍，將能解決上述的問(wèn)題，因?yàn)樗茌p，而且也不需要額外的能源。當(dāng)然普通的紙飛機(jī)不行，畢竟它材質(zhì)很軟，也很難飛遠(yuǎn)，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的物理學(xué)家伊戈?duì)枴ぐ图佣∷鶐ьI(lǐng)的團(tuán)隊(duì)制造的“納米紙飛機(jī)”也許能擔(dān)此重任。

“納米紙飛機(jī)”是用一種叫做納米紙板的材料制造的。納米紙板的主材料是氧化鋁薄膜，一張薄膜的厚度僅有幾十納米，幾百上千張薄膜堆疊成一張厚度為幾十微米的中空板，就成了納米紙板。納米紙板在堆疊過(guò)程中有意留出了一個(gè)個(gè)類似于瓦楞紙板的孔洞夾層結(jié)構(gòu)，這有利于增強(qiáng)它的強(qiáng)度和硬度。根據(jù)測(cè)算，納米紙板的硬度是相同質(zhì)量的實(shí)心紙板的一萬(wàn)倍。

納米紙板有著重量輕、彈性大等優(yōu)勢(shì)，一塊1平方厘米的紙板，重量不到1毫克。盡管紙板非常輕，但是承重能力并不弱，因?yàn)樗哂袕?qiáng)大的彈性，即使紙板彎曲超過(guò)90°仍然可以恢復(fù)原狀，這樣它在執(zhí)行火星探索任務(wù)時(shí)就可以搭載一些攝像頭、探測(cè)儀等小型設(shè)備。

“納米紙飛機(jī)”還能比普通紙飛機(jī)飛得更遠(yuǎn)，因?yàn)樗恢鼓芸炕鹦巧系娘L(fēng)力飛行，還有第二股“風(fēng)”給它助力。當(dāng)太陽(yáng)光照射在納米紙板上時(shí)，因?yàn)檎丈浣嵌鹊牟煌埌宀粫?huì)均勻地受到光照，而納米紙板是一種優(yōu)良的絕熱體，熱量在紙板身上傳遞速度很慢，因此受到光照不同的紙板各處的表面溫度也會(huì)產(chǎn)生差異。根據(jù)熱力學(xué)定律，溫度越高分子運(yùn)動(dòng)越快，反之則速度變慢，分子運(yùn)動(dòng)速度不同就會(huì)產(chǎn)生一股流動(dòng)的風(fēng)，這樣“納米紙飛機(jī)”就獲得了新的前進(jìn)動(dòng)力。

放飛“納米紙飛機(jī)”

火星的重力只有地球的38%，這種環(huán)境給“納米紙飛機(jī)”帶來(lái)了極大的好處，使它們能夠攜帶超過(guò)自身10倍重量的探測(cè)器。不過(guò)由于“納米紙飛機(jī)”只有1/3毫克重，能攜帶的探測(cè)器最多也只有幾毫克重。研究團(tuán)隊(duì)目前已在“納米紙飛機(jī)”上安裝了一個(gè)自備光源的攝像頭，以便完成最基本的拍攝任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)還在研制小型的探測(cè)水和甲烷的化學(xué)傳感器，這些設(shè)備能夠讓科學(xué)家快速找到火星生命或潛在的人類宜居地。

“納米紙飛機(jī)”還有一個(gè)問(wèn)題需要解決，那就是如何召回它。對(duì)此，巴加丁準(zhǔn)備在“納米紙飛機(jī)”上安裝一個(gè)激光接收器，通過(guò)激光來(lái)控制“納米紙飛機(jī)”的受熱區(qū)域，這樣就能通過(guò)控制第二股“風(fēng)”來(lái)調(diào)整紙飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度和方向。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，巴加丁已經(jīng)能通過(guò)改變紙飛機(jī)的受熱區(qū)域來(lái)控制它的起落了。

如此好用的火星“紙飛機(jī)”，未來(lái)也許會(huì)隨“毅力號(hào)”火星車一同前往火星，成為火星“向?qū)А保w在“毅力號(hào)”前方，先行收集道路信息，指引火星車更順暢地行駛。“紙飛機(jī)”也可能成為火星“原住民”，在廣闊的火星四處飛行，記錄研究火星的大氣和地質(zhì)特征，幫助我們尋找最適宜的棲息地。