首页 > 科学 > 火星

纳米纸飞机探索火星

时间:2026-01-18来源:网络作者:小菜点击数:
简介:火星上到底有什么?未来,人类能不能移民火星呢?我们迫切想知道这些问题的答案。

为了早日得到答案,2020年,美国宇航局将发射毅力号火星探测车,如果成功着陆火星,这将是火

【菜科解读】

火星上到底有什么?未来,人类能不能移民火星呢?我们迫切想知道这些问题的答案。

为了早日得到答案,2020年,美国宇航局将发射毅力号火星探测车,如果成功着陆火星,这将是火星地表上第四辆美国探测车。

探测车是人类探索火星的先锋,但是光靠它们是不够的,以目前正探索火星的美国好奇号为例,它一天只能行驶20米,光靠这几辆车,何时才能走遍火星呢?对此,美国宇航局的科学家们有了新的办法。

纳米纸飞机诞生

在自然界中,每到了用餐时间,一群群蚂蚁、一只只蜜蜂就会倾巢而出,四处找寻食物,找到以后就开心地召唤同伴们共同分享。

受到启发的宇航局科学家也准备在火星上放出一批机器人蜂群,让它们帮助火星车大本营探索火星。

想法虽好,不过实施起来不太容易,因为火星车本身容量不大,很难装载大量机器人,而如果机器人做得太小,就不能搭载大型能源飞得更远,这是一个两难的问题。

直到纳米纸飞机的出现才解决了这个问题。

我们每个人小时候一定都玩过纸飞机,这是一种依靠风力向前飞行的玩具,不需要其他能源就能飞得很远。

如果纸飞机能成为探索火星的主力军,将能解决上述的问题,因为它很轻,而且也不需要额外的能源。

当然普通的纸飞机不行,毕竟它材质很软,也很难飞远,美国宾夕法尼亚大学的物理学家伊戈尔·巴加丁所带领的团队制造的纳米纸飞机也许能担此重任。

纳米纸飞机是用一种叫做纳米纸板的材料制造的。

纳米纸板的主材料是氧化铝薄膜,一张薄膜的厚度仅有几十纳米,几百上千张薄膜堆叠成一张厚度为几十微米的中空板,就成了纳米纸板。

纳米纸板在堆叠过程中有意留出了一个个类似于瓦楞纸板的孔洞夹层结构,这有利于增强它的强度和硬度。

根据测算,纳米纸板的硬度是相同质量的实心纸板的一万倍。

纳米纸板有着重量轻、弹性大等优势,一块1平方厘米的纸板,重量不到1毫克。

尽管纸板非常轻,但是承重能力并不弱,因为它具有强大的弹性,即使纸板弯曲超过90°仍然可以恢复原状,这样它在执行火星探索任务时就可以搭载一些摄像头、探测仪等小型设备。

纳米纸飞机还能比普通纸飞机飞得更远,因为它不止能靠火星上的风力飞行,还有第二股风给它助力。

当太阳光照射在纳米纸板上时,因为照射角度的不同,纸板不会均匀地受到光照,而纳米纸板是一种优良的绝热体,热量在纸板身上传递速度很慢,因此受到光照不同的纸板各处的表面温度也会产生差异。

根据热力学定律,温度越高分子运动越快,反之则速度变慢,分子运动速度不同就会产生一股流动的风,这样纳米纸飞机就获得了新的前进动力。

放飞纳米纸飞机

火星的重力只有地球的38%,这种环境给纳米纸飞机带来了极大的好处,使它们能够携带超过自身10倍重量的探测器。

不过由于纳米纸飞机只有1/3毫克重,能携带的探测器最多也只有几毫克重。

研究团队目前已在纳米纸飞机上安装了一个自备光源的摄像头,以便完成最基本的拍摄任务。

在此基础上,研究团队还在研制小型的探测水和甲烷的化学传感器,这些设备能够让科学家快速找到火星生命或潜在的人类宜居地。

纳米纸飞机还有一个问题需要解决,那就是如何召回它。

对此,巴加丁准备在纳米纸飞机上安装一个激光接收器,通过激光来控制纳米纸飞机的受热区域,这样就能通过控制第二股风来调整纸飞机的运动速度和方向。

在实验室进行的实验中,巴加丁已经能通过改变纸飞机的受热区域来控制它的起落了。

如此好用的火星纸飞机,未来也许会随毅力号火星车一同前往火星,成为火星向导,飞在毅力号前方,先行收集道路信息,指引火星车更顺畅地行驶。

纸飞机也可能成为火星原住民,在广阔的火星四处飞行,记录研究火星的大气和地质特征,帮助我们寻找最适宜的栖息地。

难以想象,中国还有9亿人没有坐过飞机

当朋友圈里晒机票的人越来越多,当“说走就走的旅行”成了年轻人的口头禅,你或许很难想象,在中国这片广袤的土地上,竟还有9亿人从未体验过飞行的感觉。

这可不是我瞎掰,民航局2025年的工作报告里可是白纸黑字写着呢!这九亿人,就像被遗忘在飞行时代角落里的“神秘群体”,他们的故事,可比电影还精彩。

历史记载:从“特权象征”到“大众工具”想当年,飞机这玩意儿刚进入中国的时候,那可是妥妥的“特权象征”。

那时候,能坐上飞机的,要么是达官贵人,要么是商界精英,普通人连飞机的影子都见不着。

据历史记载,1950年,新中国民航刚成立时,全国只有几条国内航线和少量国际航线,年旅客运输量才区区1万人次。

那时候,坐飞机就像现在开私人飞机一样,是身份和地位的象征。

可随着时间的推移,中国民航就像坐上了火箭一样,飞速发展。

到了2003年,民航旅客运输量已经跃升至1.5亿人次。

再到2024年,这个数字更是飙升到了7.3亿人次!短短二十年间,增长了近5倍。

这背后,是无数中国人对飞行的渴望和追求,也是中国民航业不断壮大的见证。

九亿人的“飞行空白”然而,就在民航业一片繁荣的背后,却隐藏着一个惊人的事实:仍有9亿人从未坐过飞机。

这可不是个小数目,相当于整个欧洲的人口总和!那么,这九亿人究竟是谁?他们为什么没坐过飞机?翻阅大量文献,我发现这九亿人大多集中在农村、低收入群体以及年长人群中。

在四川甘孜的理塘,居民们到成都双流机场的距离,相当于从北京到上海的高铁行程。

对于他们来说,坐飞机就像是一场遥不可及的梦。

而在青海玉树,冬季大雪封山时,机场甚至成了唯一的“生命线”,但即便如此,能坐上飞机的人也是寥寥无几。

收入结构也是导致“飞行空白”的重要原因。

数据显示,月收入低于5000元的群体占未飞行人口的72%。

对于他们来说,一次飞行的花费可能相当于半个月的收入,因此更倾向于选择“时间换金钱”的绿皮火车或长途汽车。

此外,农村60岁以上的老人占未飞行人口的34%,这代人经历过“飞机=高消费”的时代烙印,即便收入达标,也更倾向于将钱花在子女教育、医疗等“刚性支出”上。

故事前因后果:高铁的“截胡”与民航的“突围”说到这九亿人没坐过飞机的原因,就不得不提高铁这个“截胡”高手。

在中国,高铁的发展速度堪称世界奇迹。

截至2024年,全国高铁营业里程已经超过4.5万公里,占全球高铁总里程的七成以上。

它把一个又一个城市拉进了“四小时经济圈”,让人们的出行变得更加便捷和高效。

然而,高铁的崛起也给民航业带来了巨大的挑战。

在1000公里以内的航线中,高铁抢走了民航60%的客源。

京沪航线作为曾经的“黄金航线”,旅客量较2011年高铁开通前下降了45%。

这背后的原因很简单:高铁票价相对稳定、行李限制宽松、准点率高、城市中心到中心,这些优势让高铁在中短途出行中占据了绝对的优势。

面对高铁的“截胡”,民航业并没有坐以待毙。

他们开始调整战略,寻找新的增长点。

一方面,通过降低票价门槛来吸引更多的消费者。

低成本航司将短途航线票价压至300-500元区间,相当于三四线城市居民月收入的5%-8%;

全服务航司的“早鸟票”“周末特惠”等促销活动,也使京沪、广深等干线航线票价常态化低于高铁二等座。

另一方面,通过提升服务质量来增强竞争力。

成都天府机场试点的“刷脸登机”技术,将旅客通关时间缩短至8分钟;

针对老年群体开发的“无健康码通道”“方言语音导航”等适老化服务,也让飞行变得更加便捷和友好。

未来展望:飞行普惠,让每个人都能飞向天空站在2026年的起点回望过去,中国民航业已经走过了不平凡的历程。

从最初的“特权象征”到如今的“大众工具”,飞行已经不再是少数人的专利,而是越来越多人的日常选择。

然而,要实现“飞行普惠”,让每个人都能飞向天空,还有很长的路要走。

飞机那么重怎么能飞上天?那些科学尚未完全解开的飞行之谜

2025年9月,中国商飞C929宽体客机完成首飞测试,这架最大起飞重量达247吨的"空中巨无霸"以优雅姿态冲破云层时,地面观测团队记录到其机翼表面气流速度差达到320米/秒。

这个数字背后,隐藏着人类航空史上最持久的科学争议——飞机究竟为何能飞上天?一、百年谜题:伯努利定律的"阿喀琉斯之踵"1903年莱特兄弟首次飞行时,依靠的是对鸟类翅膀的模仿与风洞实验的朴素认知。

如今,波音787梦想客机的机翼采用超临界翼型设计,其升力系数较传统机型提升18%,但科学界对升力本质的争论反而愈演愈烈。

麻省理工学院流体实验室2024年最新研究显示,当机翼攻角超过12度时,传统伯努利定律预测的升力值与实际风洞数据偏差达27%。

剑桥大学巴宾斯基教授团队通过高速粒子图像测速技术发现,机翼上表面存在持续的"微涡旋群",这些直径0.3-1.2毫米的涡流以每秒1500转的速度旋转,形成局部真空区。

这种被命名为"德雷拉效应"的现象,解释了为何机翼上方气压比理论值低12-15%。

中国空气动力研究与发展中心的CFD模拟显示,协和式超音速客机在2.04马赫巡航时,其三角翼前缘产生的激波与边界层相互作用,形成独特的"双峰压力分布",这种非定常流动现象是伯努利定律无法解释的。

二、实战检验:三个颠覆认知的飞行案例案例1:C919的"反常"起降2024年5月,C919在拉萨贡嘎机场进行高原试飞时,工程师发现当机翼襟翼展开至35度时,机翼下表面出现局部气流分离。

按照经典理论,这会导致升力骤降,但实际飞行数据显示升力仅减少8%,反而因诱导阻力降低使起降距离缩短12%。

后续研究证实,这种"反常"现象源于青藏高原低密度空气与机翼特殊凹槽结构形成的"被动吹气效应"。

案例2:F-35B的垂直起降悖论洛克希德·马丁公司2025年公布的测试数据显示,F-35B战斗机在垂直升力模式下,其升力风扇产生的向下气流速度达180节(约92米/秒),但机翼下方压力仅比环境大气压高3.2%。

更惊人的是,当飞机悬停时,机翼上表面反而出现0.8%的负压区,这种"上吸下推"的复合作用力模式,彻底颠覆了传统升力理论。

案例3:空客A380的"静默巡航"欧洲空客公司2024年冬季测试中,A380在3.8万英尺高空以0.85马赫巡航时,机翼表面噪声水平降至58分贝,比预期值低22分贝。

声学测量显示,机翼后缘锯齿状设计使尾流湍流强度降低40%,这种"被动流控"技术产生的升力增量,相当于额外增加2台发动机推力。

三、前沿突破:正在改写教科书的三大发现1. 量子流体力学的曙光2025年3月,《自然》杂志刊发中科院力学所研究成果,首次在宏观尺度观测到机翼边界层内的量子涡旋现象。

当飞行速度超过0.9马赫时,空气分子表现出波粒二象性,形成直径约2纳米的量子化涡环,这种结构使摩擦阻力降低15-18%。

2. 人工智能的"黑箱"解密波音公司2024年推出的"数字孪生"系统,通过百万级参数的神经网络模型,成功预测了B777X机翼在非定常流动中的升力波动。

该系统揭示,在跨音速阶段,机翼表面存在持续0.2秒的"瞬态超升力"现象,其峰值可达稳态值的1.3倍。

3. 仿生学的革命性应用NASA与哈佛大学联合研发的"海豚翼"技术,模仿座头鲸鳍肢前缘的 tubercle 结构,使机翼失速角从16度提升至22度。

2025年试飞的X-59静音超音速验证机显示,这种仿生设计使跨音速激波阻力降低60%,同时升力效率提升25%。

四、未解之谜:科学边界的永恒追问尽管取得诸多突破,三个根本问题仍困扰着科学家:为何机翼上表面真空区的形成速度比理论预测快3-5倍?超音速飞行中,激波与边界层相互作用的精确数学描述为何始终存在12-15%的误差?生物飞行(如鸟类)与机械飞行的升力产生机制是否存在本质差异?2025年国际航空科学大会上,诺贝尔物理学奖得主索利斯教授指出:"我们可能永远无法找到'终极理论',但正是这种未知推动着人类不断突破飞行极限。

"从莱特兄弟的木制双翼机到即将首飞的"腾云"空天飞机,人类对飞行本质的探索,本质上是对自然法则最浪漫的追问。

当C929在首飞中划破长空时,机翼下闪烁的不仅是航行灯,更是人类智慧对抗重力的永恒光芒。

这场持续了120年的科学探索证明:真正的飞行魔法,从来都藏在那些尚未被完全理解的物理定律之中。

猜你喜欢

纳米纸飞机探索火星

点击下载文档

格式为doc格式