우주 공장에서 제품 실험을 어떻게 합니까?
이 연구는 한 무리의 대학원생들의 기발한 생각에서 나온 것이다. 소리만 있는 입체 3 차원 물체를 만들 수 있을까?
말도 안 되는 소리처럼 들릴지 모르지만, 미국 조지아 연구소에서 온 대학원생들은 그러한 생각이 결코 하늘에서 파이를 떨어뜨릴 것을 기대하는 것이 아니라고 생각합니다. 그들은 내년에 발사되는 미국 우주 왕복선에' 소리 공장' 을 건설해 이 실험을 진행할 계획이다.
지금까지 이 계획의 예비 실험의 성공은 모든 참가자들을 경탄하게 했다. 미국 항공우주국은 매년 일정 기간 동안 학생들이 KC- 135 에서 유망한 실험을 할 수 있도록 준비한다. KC- 135 항공기의 비행 시간은 2 ~ 3 시간이며, 그 기간 동안 비행기는 40 ~ 60 개의 포물선형 궤적으로 비행한다. 모든 포물선형 비행에서 연구원들은 약 30 초의 무중력 시간을 가지고 있는데, 그들의 실험은 바로 이런 특수한 환경에서 진행된 것이다.
이 대학원생들의 계획은 조지아 과학대학의 우주공학교수인 카모 라르스를 멘토로 찾았고,' 무중력 상태의 학술 연구 기회' 라는 책에서 연구 과제를 찾았습니다. 작은 재료를 소리로 한 방에 매달아 놓았습니다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 이 아이디어는 실제로 물질을 녹인 다음 무중력 상태에서 냉각시켜 공을 형성하는 것입니다. 과학자들은 일단 학생들의 실험이 성공하면 정밀 기기 제조업에 큰 추진 작용을 할 것이라고 생각한다.
과학자들은 이런 생각은 사실 일종의' 소리 공중부양' 현상으로 연구가 가능하다고 말한다. 밀폐된 방에서 음파는 전면 벽에서 후면 벽으로 전파되고 반사되어 새로운 음파와 겹칩니다. 방의 길이가 소리의 파장과 일치하면, 방출되는 음파와 반사되는 음파가 동시에 하나의' 수직파' 로 결합되는데, 이' 수직파' 는 소리가 나지 않는다. 환경기압이 높기 때문에 어떤 물체도 일단' 수직파' 위치에 있으면 이동하기 어려울 것이다.
상세한 계산을 통해 카모 라르스가 이끄는 연구팀은 소리의 주파수가 딱 맞으면 기압이 가장 낮은 곳에 평평하고 소리 없는 지역이 형성되어 수직으로 방을 통과할 수 있다는 것을 발견했다. (윌리엄 셰익스피어, 스튜어트, 자기관리명언) (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 침묵명언) 과학자들은 이 일이 콘서트홀에서 일어난다면 상상도 할 수 없을 것이라고 생각한다. 이는 청중들이 아무것도 들을 수 없다는 것을 의미하기 때문이다. 하지만 중력이 없는 방에서는' 소리 매달림' 이 물질을' 벽' 으로 만드는 단 하나의 결과만 나왔다. 카모 라르스는 일부 고체 물질이 이런 방식으로 형성될 수 있다는 것을 깨닫고' 음파성형' 이라는 생각이 탄생했다.
카모 라르스는 이런 실험을 하는 것은 매우 간단하다고 말했다. 헬름홀츠 방정식을 계산하기만 하면 한 방에 적합한 사운드 주파수를 선택하고 재질을 원하는 모양으로 만들 수 있습니다. 과학자들은 소리 주파수가 800 Hz 또는 1600 Hz 일 때 소리 없는 영역이 방의 폭과 정확히 같다고 계산했다. 그러나 실제 검증 과정은 어렵습니다.
학생들은 플라스틱으로 간단한' 음파성형' 상자를 만들고 상자 한쪽에 가정용 스테레오 스피커를 설치한 다음 직경이 몇 밀리미터밖에 안 되는 폴리스티렌 공을 상자에 부었다. 그들은 소리를 최대로 확대했지만 공은 움직이지 않았다. 그들은 경적을 여러 번 바꿨지만 공은 여전히 무관심했다. 과학자들은 상자가 방음 장치가 없기 때문일 수 있다고 생각합니다. 1997 년 4 월까지 연구원들은 우주 왕복선에서 칸막이로 첫 실험을 했다. 우주 왕복선이 첫 번째 포물선형 비행을 시작했을 때, 연구원들은 소리의 주파수를 800 헤르츠로 안정시켰다. 우주 왕복선이 몇 초 동안 자유롭게 활주한 후, 상자 안의 폴리스티렌 공이 세워져 벽을 형성했다. 실험이 성공했다! 나중에 연구원들은 우주에서 7 번의 실험을 했다. 한번은 폴리스티렌 거품, 케이크를 만드는 재료, 그리고 다른 물질의 스크랩을 한 상자에 혼합했습니다. 그 결과, 서로 다른 물질의 혼합물이 단일 물질보다 더 쉽게 모이는 것이 소리를 통해 구도를 형성하는 기술의 관건이라는 사실이 밝혀졌다. Comer Lars 는 적당한 크기의 상자와 주파수의 음파를 사용하면 물질이 다양한 모양으로 만들어질 수 있다고 확신한다.
과학자들의 이 실험을 지원하기 위해 미 항공우주국은 일부러 우주비행기에 실험공간을 마련한 것으로 알려졌다. 내년 3 월, 연구원들은 우주에서 또 다른 실험을 진행하여 3 차원 모양을 만들 수 있을 뿐만 아니라 상당히 견고하고 견고하다는 것을 증명할 것이다. 그 때, 높이 30cm, 지름 4cm 의 원통에서 음파는 가루 모양의 송연유를 직경 2.5cm 의 원반으로 만든 다음, 연구진은 접착제를 원판에 바르고 시간을 정확하게 계산하여 우주 왕복선이 대기층으로 복귀할 때 접착제가 송연비에 스며들어 굳어지도록 했다. 이 실험은 우주에서 제조된 재료가 대기압력을 견딜 수 있는지 테스트하는 것을 목표로 하는 것도 이 기술 응용의 관건이다. 카모 라르스는 이것이 우주에 영구적인' 소리 공장' 을 세우는 첫걸음이라고 생각한다.
Comer Lars 는' 음파성형' 기술을 우주 기반 항공기 설계 및 제조에 적용함으로써 항공기 제조업이 시장에서 경쟁력이 있을 것으로 보고 있다. 카모 라르스에 따르면, 원자재가 제자리에 있고 어떤 고정 장치도 필요하지 않다면 우주 "소리 공장" 은 필요한 복잡하고 정교한 기기나 부품을 간단하고 빠르게 만들어 바닥으로 운반할 수 있다고 합니다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언)
그루지야 연구소는 현재 이 프로젝트에 과학 연구 자금을 제공하지 않고 있지만 항공사나 다른 잠재적인 파트너들도 이 연구에 자금을 지원하려 하지 않지만, Comer Lars 는 여전히 이에 대해 낙관적이다. 그는 앞으로 점점 더 많은 사람들이 우주로 이주할 것이며, 그들은 우주에 실험실, 사무실, 공장, 거실을 건설해야 한다고 생각한다. 우주 왕복선으로 건축 자재를 우주로 운송하는 데는 몇 년이 걸릴 뿐만 아니라 비용이 많이 든다. 현재 한 물체를 우주로 발사하는 고정 궤도의 비용은 킬로미터당 65,438 달러 +0 만 달러이다. 우주에 세워진' 소리공장' 은 이런 문제들을 해결할 것이다. 달의 광물 사용, 욕실 크기의 작업장, 마이크, 컴퓨터 한 대와 같은 원자재만 있으면 원하는 것을 만들 수 있다. (존 F. 케네디, 컴퓨터명언)
일본의 한 양조사는 국제 우주 정거장에 보관되었던 보리가 양조할 첫 번째' 우주맥주' 를 양조할 계획이라고 발표했다.
연구진은 이 계획이 인류가 앞으로 우주 분야에서 삶을 확대할 수 있는 일부가 될 것이며, 우주비행사들은 어려운 우주를 걷다가 시원한 맥주 한 잔을 편안하게 마실 수 있을 것이라고 밝혔다. (빌 게이츠, 우주인, 우주인, 우주인, 우주인, 우주인, 우주인, 우주인) 일본 삿포로 맥주 공장에 따르면 첫 우주맥주는 2006 년 국제우주정거장에 5 개월간 보관한 제 3 세대 보리 밀알이 양조된 것으로 보인다. 맥주공장 공장장인 JunichiIchikawa 는 기자에게 "올해 6 월 165438+ 10 월에 맥주 양조를 마치길 바란다. 그때 미국 항공우주국은 우주에서 첫 번째 맥주를 맛볼 수 있는 특권을 갖게 될 것" 이라고 말했다.
삿포로 맥주공장 관계자는 이 회사가 65,438+000 병의 맥주를 생산할 수 있는 충분한 우주 보리를 갖게 될 것이라고 밝혔지만, 우주맥주를 상업판매에 직접 투입할 계획은 없다고 밝혔다. 이 회사는 이미 일본 오카산대 생물학자 ManabuSugimoto 부교수와 기술협력을 한 것으로 알려졌다. 그는 러시아 우주 프로그램 완성에 참여했다. 어떻게 우주에서 식용 식물을 재배할 것인가. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 음식명언) 그는 보리가 극저온 등 열악한 환경에서 자랄 수 있고 섬유와 영양물질이 풍부해 우주농업 재배에 적합하다고 지적했다. 미래에는 우주에서 생존 시간을 연장하고 작물을 재배하여 생존할 수 있다.
지금까지 과학자들은 지구에서 자란 보리와 우주에서 자란 보리가 어떻게 다른지 아직 발견하지 못했다. ManabuSugimoto 는 7 월 캐나다 연구회의에 이 연구에서 우주 보리의 DNA 분석을 제출할 예정이다. 그는 "마지막으로, 나는 우리의 우주 연구가 우주 식품을 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 우주 식품을 더 많이 좋아하고, 우주 생활을 즐기는 법을 배우기를 바란다" 고 말했다. 이것은 음식에 관한 최신 우주 실험이다.
러시아 동력 로켓 우주회사 지도자인 세바스티안 노보 (Sevastijan Novo) 는 미래의 국제 우주 정거장이 명실상부한 우주 가공 공장이 될 것이라고 외부 세계에 선언했다.
니콜라이 세바스티안 노보 (Nikolai Sevastijan Novo) 는 앞으로 국제우주정거장을 우주항으로 만드는 것을 고려할 것이며, 여기서 우주임무를 수행하는 우주비행사는 일과 생활뿐만 아니라 국제우주정거장과 연결된 소형 공장과 실험실에서 다른 과학연구활동을 할 수 있을 것이라고 밝혔다.
이 계획을 실현하기 위해 러시아의' 동력' 로켓 우주회사와' 진보' 중앙 특수설계국은' 눈' 이라는 프로젝트를 공동으로 실시할 예정이다. 이를 위해, 젊은 우주인들도 대거 양성할 예정이다.
현재 계획에 따르면, 국제 우주 정거장은 20 1 1 년에 건설될 것이다. 이에 앞서 미국은 14 임무를 수행하고 우주정거장 건설, 유럽에서 제공하는 실험실 콜럼버스, 일본이 만든 실험실 희망을 완성할 계획이다. 이러한 수십억 달러의 실험 모듈은 우주 정거장의 실험 능력을 크게 확장하고 인류가 달과 화성에 착륙할 수 있도록 우주 의학 및 방사선 보호와 같은 중요한 연구 작업을 제공합니다.
중국은 우주를 이용하여 의약품을 생산하는 방면에서 세계 선두에 있다고 할 수 있다.
중국이 우주선을 발사할 때마다 여러 종류의 생물이 관련 부서의 엄격한 비준을 거쳐 운 좋게도 우주선 회수실의 제한된 공간으로 비집고 들어갔다. 과학자들은 단지 이 생물들에게 우주를 여행할 수 있는 기회를 줄 뿐입니까? 분명히 아닙니다. 이 생물들이 지면에 도착했을 때, 과학자들은 그것들이 이상한 변화를 가지고 있다는 것을 발견했다. 우주에서 중력과 공기 대류가 없는 환경은 신약 제조에 좋은 조건을 제공한다. 예를 들어, 인터페론은 미국이 20 세기 말 유전공학으로 생물세포에서 만든 것으로 순도가 매우 낮다. 100 여 개의 다른 생물세포의 혼합물에서 분리해야 하기 때문에 조작은 매우 조심스럽고 속도가 매우 느리다. 그렇지 않으면 용액 속의 혼합물이 쉽게 올라가거나 가라앉는다. 우주에는 중력이 없기 때문에 이 문제는 발생하지 않습니다. 과학자들은 우주에서 제조된 인터페론의 순도가 지구에서 제조된 100-400 배라고 생각한다.
중국은 선저우 시리즈 우주선을 발사할 때마다 미생물이 함유된 작은 시험관을 휴대한다. 이 시험관들이 며칠 동안 우주를 돌아다니자, 그 안의 미생물은 과학자들이 신약을 찾는 귀중한 원천이 되었다. 이런 이상한 변화는 어떻게 일어났습니까? 우주의 환경과 지상의 환경이 크게 다르기 때문에, 이런 특수한 환경의 영향으로 생물은 유전자 변이가 발생하기 쉽다. 때때로 인간은 피망, 토마토 등의 과일과 채소와 같은 생물이 우리가 보고 싶은 모습으로 자라기를 바라며, 커질수록 더 좋기를 바란다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 희망명언) 과학자들의 관점에서 볼 때, 그들은 자신의 유전자가 이 방향으로 돌연변이를 일으킬 수 있기를 바라며, 우주 환경은 과학자들의 이러한 요구를 충족시켜 줍니다.
미생물은 현재 약물의 주요 공급원이다. 하지만 항암제 파클리탁셀과 같은 일부 약품은 생산능력이 제한되어 있기 때문에 가격이 비싸고, 킬로그램당 완제품 가격은 약 500 만 달러입니다. 파클리탁셀을 대량 생산할 수 있는 돌연변이 미생물이 발견되면 향후 제약 비용이 크게 절감된다는 뜻이다. 이것이 선저우 우주선이 미생물을 운반하는 이유이다. 고에너지 입자는 우주비행사에게 방사선을 일으킬 뿐만 아니라 씨앗이나 미생물의 유전 물질 DNA 를 손상시켜 식물이나 미생물의 외관이나 산약 능력을 변화시킨다.
우주 돌연변이 육종에 의문을 제기하는 사람들은 우주를 한 바퀴 돌면 유전자 돌연변이가 발생할 수 있고, 불가사의하고, 인류에게 유익하다고 생각한다. 이것은 오해이다. 우주 비행 돌연변이의 씨앗이나 미생물은 더 나은 방향, 더 나쁜 방향, 변하지 않거나 너무 일찍 죽는 세 가지 방향의 돌연변이가 발생할 수 있다. 우주제약은 대량의 돌연변이된 미생물에서 더 나은 방향으로 변이하는 극소수의 변종을 찾아 배양하는 것이다.
우주 공간에는 보이지 않거나 만질 수 없거나 느낄 수 없는 많은 특징들이 있는데, 지상에는 없는 것이다. 무중력, 우주 방사선, 진공, 저온 등. 이것들은 모두 돌연변이 육종에 이상적인 조건이다.
연구에 따르면 우주 환경의 돌연변이를 일으키는 주요 요인은 우주 광선과 미세 중력이다. 그 메커니즘은 고 에너지 입자가 생물 유전 물질의 DNA 손상을 일으켜 생물의 유전적 변이를 초래한다는 것이다. 그러나 미세 중력은 식물 재료의 돌연변이 유발 요인에 대한 민감성을 높이고 염색체 DNA 손상을 가중시켜 돌연변이의 발생을 증가시킨다. 미중력은 식물의 호르몬 분포, 칼슘 이온 분포, 세포 구조에도 뚜렷한 영향을 미친다. 연구에 따르면 미세 중력은 DNA 손상 복구 시스템의 정상적인 작동, 즉 DNA 체인 파열의 복구를 방해하거나 억제할 수 있습니다.
미국과 구소련은 세균변이가 우주비행사의 건강에 미치는 영향을 주로 연구하며, 이런 돌연변이가 돌연변이 육종에 사용되는 것을 소홀히 했다. 그래서 중국은 이와 관련하여 세계 선두를 달리고 있다.
미국과 구소련은 일찍이 우주에서 식물과 미생물의 변이를 발견했다. 그러나 그들은 기초이론과 우주의학 연구를 중시하고, 이런 돌연변이가 우주비행사에게 미치는 영향을 중시하며, 우주유인육종의 응용은 소홀히 한다. 예를 들어, 그들은 돌연변이 대장균이 우주비행사와 평화롭게 지내는 것을 막기 위해 대장균의 변이를 연구하여 우주비행사에게 건강 위험을 안겨 주었다.
우주생명과학 연구 방면에서 우리나라는 일찍이 공간유인육종 연구를 시작했다. 1986 65438+2 월 베이징 서산회의는 위성을 이용해 바이오소재를 싣고 우주생물학 연구를 하기로 했다. 우리나라가 공간 유인육종 방면의 성과로 인해 국제사회는 이 일에 주목하기 시작했다. 러시아, 불가리아, 필리핀 등의 국가와 지역은 모두 중국과의 협력을 요구한다.
선저우 이전 비행에서 선저우 1 은 주로 스타틴류 약품을 생산하는 미생물을 적재했다. "선저우 2 호" 는 주로 항암제 파클리탁셀을 생산하는 미생물을 싣고 있다.
"선저우 1" 과 지상 선별을 거쳐 우리나라 연구원들은 스타틴류 의약품 곰팡이 돌연변이를 얻었다. 다른 스타틴류의 생산량은 1 배 이상 증가했고, 내연성도 현저히 향상되었다. 셀레늄 결핍은 혈중 콜레스테롤 농도를 증가시킬 수 있다. 스타틴류 약물은 내피세포의 기능을 개선하고 일산화질소의 생성을 늘리고 혈관을 확장시켜 혈관 내피의 개통을 유지할 수 있다. 변질되지 않은 균주인 스타틴류의 생산량이 낮고, 플루토늄 함량이 너무 높으면 균주가 사망할 수 있다.
다행히도,' 선저우' 우주선을 다섯 번 탑재했던 우주의학' 선저우 3 호' 는 이미 산시 양릉에 대량 생산에 투입되었다. 일부 성시의 일반인들은 이미 약국과 의료병원에서 첨단 기술의 우주약을 살 수 있지만, 외국에서는 소수의 부자들만이 이런 특수한 약을 먹을 수 있다.
선저우 3 일은 중국 최초의 자주지적재산권을 가진 우주의학이다. 선저우 3 호 원료약과 구강 액의 생산균주 α-용혈성 연쇄상구균은 인체에서 추출한 유익한 균주로, 신육을 포함한다. 이 균주들은 이미 선저우 시리즈 우주선과 4 개의 귀환식 과학 실험 위성에 다섯 번 실려 있다. 우주의 특수한 환경에서, 균주는 유전적 변이가 발생하여 종양의 보조 치료, 골수 조혈 줄기세포 강화, 기체 면역력 조절에 더 많은 기능을 갖춘 더 우수한 균그루를 재배한다. 현재 이 우주약은 산시, 쓰촨 등에서 모두 살 수 있다.
학습점
고진공
진공은 어떤 물질도 없는 공간 상태이며 일종의 물리적 현상이다. 진공에서는 매체가 없어 소리가 전파되지 않지만 전자파의 전파는 진공의 영향을 받지 않는다. 사실 진공 기술에서 진공은 대기를 가리킨다. 특정 공간 내의 일부 물질이 배출되어 그 압력이 표준 기압보다 작기 때문에 우리는 일반적으로 이 공간을 진공이나 진공 상태라고 부른다. 진공은 보통 파스칼이나 토를 압력 단위로 사용한다. 현재 자연환경에서는 외계만 진공에 가장 가까운 공간이라고 부를 수 있다.
진공에는 다음과 같은 특성이 있습니다.
1. 아무것도 없다. 진공에 입자가 없으면 필드 (0) 와 필드 (0) 의 변형 곡률을 정확하게 측정합니다. 하지만 하이젠버그의 불확실성 원리는 우리가 한 쌍의 * * * 멍에를 동시에 정확하게 측정할 수 없다는 것을 보여 주기 때문에 우리는 "빈" 이 아니라 "없음" 이 될 수 있다는 것을 보여준다. 따라서 진공에서 입자는 가상 입자와 가상 반입자 쌍의 형태로 희박한 공기에서 끊임없이 발생하며, 그것들은 서로 인멸한다. 이 과정에서 총 에너지는 변하지 않는다.
진공은 극성이 있으므로 진공은 비대칭입니다. 그러나 이런 비대칭은 상대적으로 국부적이고 전체적으로 대칭이며, 이런 원형 중첩은 진공의 이런 성질을 형성한다.
진공의 각 부분은 진공의 모든 특성을 가지고 있습니다. 크고 작은 것은 상대적이다. 시간도 공간에 상대적인 것이고, 특정 공간이 없으면 시간은 혼자 존재할 수 없다. (알버트 아인슈타인, 시간명언)
고진공 기술은 반도체 재료 및 부품 생산, 전자관, X-레이 튜브, 영상 튜브, 조명 기기 제조, 진공 제련, 진공 건조, 진공 코팅, 진공 단열 및 진공 열처리와 같은 산업 생산 및 과학 연구에 널리 사용됩니다. 진공 흡입판에서 고에너지 입자 가속기에 이르기까지 고진공의 개념과 기술이 모두 관련되어 있다. 레이저 팽이 (RLG) 는 지금까지 관성 기술 분야에서 유일하게 풍성한 실제 응용 성과를 거둔 중/고정밀 비전기 관성 민감성 기기입니다. 안정성, 정밀도, 동적 범위 폭, 긴 수명 등의 장점이 있습니다. 초고진공의 획득은 레이저 팽이 제조 과정에서 매우 중요한 부분이다. 레이저 팽이의 밀봉, 진공 추출, 누출 감지 및 플라즈마 청소 과정에는 초고진공을 얻는 기술이 포함됩니다.