2007年4月3日 星期二

科學家設計"充氣城市" 可以用於極地和太空殖民

mystery

據物理學家組織網30日報道,很早以前,人類就已經在北極和南極地區建立了據點,但在這些地區大範圍的殖民可能不久在經濟上變得可行。如果我們能學習如何在這些極端環境中建立自給自足的棲息地,類似的技術可以被用於在月球或火星上生活。



人類為何要去極地居住

南極海岸在冬季的平均氣溫大約為零下20°C。好像這還不足夠,該地區還經常遭遇暴風雪、大風天氣,有6個月的時間都是黑夜。那麼人類怎樣才能在這樣極端惡劣的環境中得以生存呢?到目前為止,我們似乎做得很好,南極差不多有40個永久性研究基地(加上幾個預計到2008年建立的研究站)。這些永久性基地還遠遠不能自給自足,雖然,美國在1995年就在研究站的維護和運轉上花費了1.25億美元。所有至關重要的資源必須是引入的--建築材料、食物和尤其用於發電和加熱的燃料。在不久的將來,現代科技和施工技術可能會讓在這種極端惡劣的環境中進行長期的、自給自足的殖民活動成為現實。

為什麼每個人都想去那兒居住呢?撇開特殊的科學研究不說,極地蘊藏的豐富礦產資源(尤其是石油)就令人嚮往。但南極大陸被一英里多厚的大冰層覆蓋,可能使得開採任何礦產資源變得異常困難。然而,極地的生物資源有著巨大的潛能。很多適合極度寒冷環境的生物體已經通過與眾不同的生物化學作用完成進化,這些生物化學作用可以轉化成有價值的工業或醫學技術。

當然,有關太空探險的問題引人關注。我們都想知道火星上到底有沒有生命,但遙控探測器只能執行帶著它們所能做的實驗。只有人類有足夠的靈活性,詳細地探究一塊新地區,決定是否有足夠的資源維持長期的生存需求。現代技術真的能為人類開闢出品質輕、資源充裕的新居住地嗎?太陽為地球和月球提供了每平方米大約1400瓦特的熱量,這一能量足以使棲息地變暖和,即使在由於反射影響入射光線的角度,造成熱量損失時。在火星上,陽光不及地球上的一半多,這意味著火星赤道地區接收到的太陽能差不多和地球上緯度稍高地區的一樣多(例如冰島)。

半透明圓屋頂保存太陽熱能

來自陽光產生熱能最有效的方法當然就是眾所週知的“溫室”效應。假設有一個透明或半透明的屋頂,任何建築物可以將陽光的能量保存足夠長的時間,並將其轉化成熱量。玻璃在這方面的作用很明顯,但玻璃運輸起來既重,且成本較高。現在已經有一些可以替代玻璃的材料,還有更多可供選擇的材料正在研製中。創新的生產工藝已經帶來了很多有用的合成材料,包括半透明、柔軟的膜,例如法國聖戈班公司生產的Sheerfill膜。雖然這些材料比玻璃的成本更高,但要建一個有用的遮蔽物要不了多少材料。

在最近發表在arXiv.org網站上的一篇文章中,博隆金和凱瑟卡特已經設計出一種可充氣的、半透明的圓屋頂,這種屋頂可以為屋內加熱,只需利用高緯度地區微弱的陽光就可使屋內達到適宜的溫度。儘管很多細節性的東西仍待解決,但這一基本概念是合理的。為了提高建築物的能量效率,他們建議增加多重絕緣層,使用涂有一層鋁的百葉窗,和一條良好的電網,以便迅速察覺對建築物的損害。這種圓屋頂將完全靠內部氣壓來支撐,氣壓可以根據由疾風引起的浮力的增加來調節。

這種設計原理的優勢是低重量和所用材料的靈活性。如果只有少數人需要掩蔽處,一小間房子大小的材料就夠了,重量只有65公斤左右,和一個人差不多重。即使是用於太空探險任務材料也足夠輕,搭建起來就像啟動氣泵一樣簡單。對稍大的殖民地來說,足以圍成200公頃的膜僅重145噸。內部既暖和又安全,對於更多傳統建築物和花園的建造來說是一個安全可靠的環境。博隆金和凱瑟卡特的建議已經受到了關注,但原型至今還未構建出來。

來源:新浪

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