2022年最棒的航空航天创新

太空中的颠覆性新进展,“平行现实”地面技术,以及更多创新是“最佳新品”。
这是“最佳新品”。NASA

在太空中,没有人能听到探测器撞击小行星的声音——但这正是9月份发生的事情,当时NASA成功的DART实验证明,通过故意撞击,有可能改变一颗太空岩石的轨道。而这甚至不是今年在太空中发生的 (!st, most important) 的事件——关于詹姆斯·韦伯太空望远镜的更多内容稍后介绍。回到地球,航空业的创新也达到了新的高度,一架独特的电动飞机起飞了,一架可以自主飞行的黑鹰直升机也起飞了。

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年度创新

NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜:用于观测宇宙的颠覆性新仪器

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一代人中,会出现一种超越以往的 Astronomical Tool。NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)正是这样的创造。经过二十多年的努力和97亿美元的投入,JWST 于2021年12月25日发射。自今年2月开始成像以来——它使用的镜面和孔径的半径比其前身哈勃太空望远镜nearly three times larger——JWST的鲜艳图像吸引了全世界的目光。

JWST可以深入观测正在形成的恒星的区域。它可以回溯130亿年前古老星系的形成过程,它们当时还处于“育儿所”阶段。它可以窥探系外行星,直接观测它们,而过去天文学家只能根据稀少的线索进行重建。它可以教我们这些恒星星系是如何从原始物质中聚集而成的,这是哈勃望远镜只能瞥见的。

哈勃望远镜在近地轨道运行,而JWST则位于距离地球数十万英里之外的地球阴影处。它永远不会看到阳光。在那里,它被一层比人类指甲还薄的多层太阳能保护罩进一步保护,望远镜的温度保持在-370华氏度,这是JWST的红外视觉发挥最佳效果的温度。它的家是一个叫做L2的奇妙位置,那里是太阳和地球引力相互平衡的几个点之一。

这一切可能仅仅是JWST的序曲。由于望远镜在到达其位置时使用的燃料比预期少,该仪器可能有足够的燃料来运行超过预期的10年。我们迫不及待地想看看它还会给我们带来怎样的惊喜。

Delta的“平行现实”:为您定制的屏幕

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您可能曾在机场奔跑过,眯着眼睛看屏幕上密密麻麻的航班信息。Delta与一家名为Misapplied Sciences的初创公司推出的一项未来主义新产品旨在改变这一点。在底特律地铁机场,一个装置可以向旅客展示个性化的航班信息。在麦克纳马拉航站楼扫描登机牌是告知系统您身份的一种方式。然后,当您看向头顶的屏幕时,您会看到它只显示您行程的个性化数据,例如您需要找到的登机口。这项技术的实现是因为显示屏本身的像素可以朝18,000个方向发光,这意味着许多不同的人在看同一块屏幕时可以看到不同的信息。

阿拉斯加航空的电子行李牌:您(在一间航空公司)需要的最后一个行李牌

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信不信由你,仍有一些旅客会托运行李,而这家总部位于西雅图的航空公司的一项新产品旨在让这个过程变得更容易。阿拉斯加航空的电子行李牌(起初,2500名常旅客会员将获得,2023年将可购买)的旅客,可以使用手机在家中(在航班起飞前24小时内)在这个设备的电子墨水显示屏上创建相应的行李牌。这款5英寸长的行李牌通过NFC连接,从您的手机获取电力来生成屏幕上的信息。旅客在家完成此步骤后,只需将贴好标签的行李交给机场的正确地点即可,无需排队领取行李牌。

Eviation的Alice:一款全电动通勤飞机

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航空业是碳排放的主要来源。解决这个问题的一个方法是用电力驱动飞机,主要用于短途飞行。Eviation的目标就是用一架名为Alice的飞机来实现这一点:这款通勤飞机的机腹装有8000磅的电池,为它的两个发动机提供飞行所需的动力。事实上,它于9月份进行了首次飞行,飞行时间很短但成功,共8分钟。该公司希望有一天,随着电池技术的进步,它能够搭载九名乘客飞行约200英里。

Sikorsky的OPV黑鹰:一架可以自主飞行的军用直升机

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陆军的黑鹰直升机前面有两名飞行员在操纵,但对于特别危险的任务来说,这个数字能否为零呢?这正是经过改装的UH-60直升机所能做到的,它是DARPA名为ALIAS(空中机组人员座舱自动化系统)项目的产品。这种无人驾驶的旋翼机于2月份进行了首次无乘员飞行,并于10月份再次起飞,甚至还携带了2600磅的载荷。这项技术来自直升机制造商Sikorsky,允许改装后的UH-60由两名飞行员、一名飞行员或零名飞行员驾驶。其理念是,这种自主性可以在几个方面提供帮助:协助操纵杆上的一到两名人员,或者作为一架无人直升机执行任务(如飞往危险地区运送物资)的一种方式,而无需将任何人置于危险之中。

Zipline的“探测与规避”:能够侦测空中障碍物的无人机

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随着无人机和其他小型飞机不断填充天空,所有相关方都有兴趣避免碰撞。但要找到无人机探测潜在障碍物的最佳方法并非易事,尤其是在没有飞行员在旁观察且重量受到严格限制的情况下。无人机配送公司Zipline选择使用声音而非视觉来解决这个难题。无人机机翼上的八个麦克风可以像听交通一样侦测迎面而来的小型飞机,并能在其到达之前主动改变无人机的航线以避开。机载GPU和AI也对此有所帮助。虽然该公司仍在等待监管批准全面启用该系统,但该技术代表了一种解决重要问题的可靠方法。

NASA和约翰霍普金斯应用物理实验室的DART:为了好事而撞击小行星

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那些害怕小行星坠落摧毁世界的地球人现在可以松一口气了。9月26日,一架重1100磅的航天器以超过14000英里/小时的速度冲向直径约525英尺的小行星Dimorphos,并故意撞击了它。NASA于10月11日确认,双小行星重定向测试(DART)的撞击比预期更有效地改变了Dimorphos围绕其伴星Didymos的轨道。多亏了DART,人类首次成功地重定向了一颗小行星。这次激动人心的实验让天文学家们看到了希望,也许他们能够再次这样做来避免一场末日。

Advanced Space的CAPSTONE:一次伟大旅程的小型飞行器

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有些月球探测器占据了整个房间。另一方面,CAPSTONE是一颗可以放在桌子上的卫星。尽管存在控制问题,CAPSTONE——于6月28日发射——于11月13日成功进入月球轨道。这个小旅行者是一个CubeSat,一种经济实惠的微型卫星设计,它帮助大学、小型公司和没有大型航天计划的国家能够接触到太空。数百个CubeSats现在遍布地球轨道,虽然有些搭乘了前往火星的便车,但没有一个是以自己的力量前往月球的——直到CAPSTONE。它的创造者希望,未来可能会有更多低成本的月球飞行。

SLAC/Vera C. Rubin天文台的LSST相机:一台32亿像素的相机

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很快,位于智利北部高沙漠的Vera C. Rubin天文台将为天文学家提供几乎是实时的南半球天空景象。为此,它将依赖世界上最大的一台相机——其镜头直径5英尺,配备与之匹配的快门,能够拍摄高达32亿像素的惊人图像。相机的制造者目前正在进行最后的润色,但他们令人印象深刻的工程壮举尚未完成:2023年5月,相机将搭乘波音747飞机飞往智利,然后通过卡车运往最终目的地。

EHT合作项目的事件视界望远镜:看到银河系中心的黑洞

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仅仅几十年前,人马座A*,我们星系中心的超大质量黑洞,还是一个模糊的概念。现在,多亏了事件视界望远镜(EHT),我们有了一张模糊的图像——或者说,由于黑洞不发光,我们看到的是它周围的吸积盘。EHT实际上是一个全球性的射电望远镜网络,从德国延伸到夏威夷,从智利延伸到南极。EHT于5月发布了这张图像,此前300多名科学家花费多年时间 painstaking reconstruction,在此过程中他们对黑洞的内部运作有了很多了解。这是EHT的第二张黑洞图像,此前它在2019年拍摄了M87星系中一个巨型黑洞的肖像。

波音的Starliner:前往国际空间站的新方式

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经过多年的预算问题、技术延误和测试失败,波音公司备受期待的Starliner载人飞船终于升空并抵达了目的地。5月份的一次无人测试发射成功地从佛罗里达起飞,与国际空间站(ISS)对接,并返回地球。现在,波音公司和NASA正在为Starliner的首次载人测试做准备,该测试定于2023年某个时候发射。届时,Starliner将与SpaceX的Crew Dragon并驾齐驱,NASA将有不止一种将宇航员送入轨道的方式。两者之间有一些区别:Crew Dragon溅落在海上,而Starliner则降落在陆地上,便于回收。而且,Crew Dragon被设计为使用SpaceX自己的猎鹰9号火箭发射,而Starliner则更灵活。

 

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Rahul Rao

特约撰稿人,科学

Rahul Rao 自2021年初以来一直是《科学美国人》的实习生和特约科学作家。他报道物理学、太空、技术以及它们之间的交叉领域以及其他一切。


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Rob Verger

技术编辑

Rob Verger 是《科学美国人》前任技术编辑。他的专业领域是航空、交通和军事技术报道。他住在曼哈顿,与他的妻子(路透社的视频制作人)同住。


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