持久太空游览就得构思在太空种植各栽植物、作

理想的安全带作用过程短暂而有序:首先,及时收紧,在事故发生的第一时刻毫不犹豫地把人“按”在座椅上。然后,适度放松,待冲击力峰值过去,或人已能受到气囊的保护时,即适当放松安全带。避免因拉力过大而使人肋骨受伤。而安全带的重要性到底有多大是不少人的疑问,我们可以看下面的数据。

在“天宫二号”上种草,在“天舟一号”上培育细胞

日前,阿里巴巴钉钉2017年秋季战略发布会在深圳召开,本次发布会邀请了中国科幻作家刘慈欣。虽没能亲临现场,但他以远程视频的方式亮相,对钉钉展现的“未来工作方式”给予认可。他还表示,随着劳动工具的智能化,未来的人类不再需要工作,或者只需要少数人工作。

据美国公路交通安全局的一份研究报告显示,在美国,安全带平均每年可挽救13000个生命。同时,NHTSA还估计,如果系好安全带,7000遇难者本可以幸免于难。虽然某些情况下安全带确实也会造成严重伤害或死亡,但几乎所有安全专家都认为系好安全带可显著增加您在事故中的生存机会。据NHTSA估计,安全带可将前排乘客的死亡风险降低50%。

看了电影《流浪地球》后,可能很多人会想象在外太空生活究竟会是什么情形?至少我们可以想象一下,如果条件真的成熟,未来我们在进行长期太空旅游时,会是什么样的情形?

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汽车中的一切物体都有自己的惯性,且独立于汽车的惯性。汽车将其乘坐者加速到汽车的速度。假设您以约80公里/小时的速度巡航。您的速度和车速几乎相等,因此,您感觉您与车辆就像是一个整体在一起移动。

科学家们其实早就想过了,他们还一直在尝试做各种实验,想知道生命在外太空的繁殖、发育的情况。因为短期旅行,可以从地面带食物,长期太空旅行就得考虑在太空种植各种植物、培养各种动物,以满足人对食物的需求。

但如果汽车撞到电话线杆,显然您的惯性将与汽车的惯性彼此完全独立。电话线杆的阻力会使汽车突然停下,但是您的速度仍保持不变。如果没有安全带,您将以约80公里/小时的速度撞向方向盘或者飞出挡风玻璃。就像电话线杆会使汽车减速一样,仪表板、挡风玻璃或路面也会向您施加极大的作用力使您减速。有一点是必然的,即不管在撞击中发生什么事情,都需要有某些物体在您身上施加作用力才能使您停下来。但是根据施加力的位置和方式,可能会使您立即毙命,也可能让您毫发无伤地离开。如果您的头部撞向挡风玻璃,那么这种停止的力量将集中在您身体最脆弱的一个部位上。它也会令您迅速停下来,因为玻璃表面很硬。但这可以轻易地让一个人受重伤或丧命。

最近,中科院的“SELF格致论道”讲坛上请到中国科学院上海技术物理研究所研究员郑伟波,为大家分享在“天宫二号”、“实践十号”和“天舟一号”上开展太空生命实验的故事。在他的描述中,我们可以了解到,在太空环境下,植物的种子是怎么发芽的,它们开花结果与在地球上有何不同;也可以了解到动物的胚胎能否在太空环境下正常发育、成长。

安全带将停止力施加到人身体能够较长时间承受压力的部分。典型的安全带由一个围在骨盆处的安全腰带和一个跨过胸部的肩带组成。这两段安全带紧紧固定在汽车框架上,以便将乘客保持在座椅上。

植物篇

正确系好安全带后,它可以将大部分停止作用力施加到胸腔和骨盆,这些身体部位相对来说比较强壮。由于安全带在身体上跨越的部分较宽,因而作用力不会集中在一个较小区域,所以不会造成过大伤害。此外,安全带所用的材料比仪表板或挡风玻璃要柔软得多。它可以略微拉伸,这意味着停止过程不会过于突然。但是,安全带不应拉伸过长,否则可能会使您撞向方向盘或侧窗。安全带只允许您略微前移。

太空舱中拟南芥花开更多

安全带的作用及工作原理解析

几年前,我们就已收获了比较成熟的“太空种子”。

螺旋形的弹簧会旋转卷轴以使安全带保持紧绷

中国航天工业总公司航天育种中心和中国农科院、中科院合作,曾选择过一些大田作物、蔬菜、花卉、中药材等优良种子,搭载我国的返回式卫星飞行5-7天后再返回陆地,到地面栽培试验4-5年,然后筛选出特别的“太空种子”。根据航天育种的原理,这些植物种子是在宇宙辐射、微重力、弱地磁、高真空以及低温等综合因素的作用下,发生过基因变异,返回地面后再经过专门的培育和筛选,便形成有明显优势的新品种。如今已培育成功的包括有甜椒、尖椒、西红柿、南瓜、西瓜、油菜等。这里所说的“成功”主要是可以根据需要,选择留下最适用的品种,比如“太空五号”的弱筋小麦适合做糕点,“太空六号”的强筋小麦适合做面条、饺子。还有一种茄子,刻意选择了长不大但结果多的变异品种,这样就可以多收获茄皮,用以生产治疗冠心病的药物。

汽车的折皱区是能切实起到缓冲作用的区域。折皱区是汽车前部和后部相对比较容易压折的区域。汽车在撞到障碍物时不会突然停止,而是通过溃缩吸收部分撞击力。汽车的车厢比较坚固,因此不会挤压在乘客身上。它会继续短暂移动,使汽车的前部撞向障碍物。当然,只有在您随汽车车厢一起运动时(也就是说,安全带将您固定在座椅上时),折皱区才能为您提供保护。最简单的安全带(某些过山车就使用了这种安全带)由通过螺栓固定在车身上的一条长带子组成。这种安全带会始终将您紧紧绑在座椅上,这会很安全,但并不是特别舒适。

但这些“太空种子”都只是在休眠状态下去外太空“走了一遭”,并没有在外太空发芽、生长,这次郑伟波分享的却是在太空环境下发芽、生长的植物,重点实验对象就是拟南芥和水稻。

汽车的安全带能够拉伸和收回—当安全带拉紧时,您的身体可以轻松地前倾。但是在撞击中,安全带会突然收紧并将您紧紧固定好。在典型的安全带系统中,安全带与一个卷收器相连,卷收器中的核心元件是卷轴,它与安全带的一端相连。在卷收器内部,一个弹簧为卷轴提供旋转作用力。它会旋转卷轴,以便卷起任何松弛的安全带。当您拉出安全带时,卷轴将逆时针旋转,并使相连的弹簧也沿相同方向旋转。这样,旋转的卷轴就反扭了弹簧。因为弹簧想要恢复到原状,因此它会抗拒这一扭转运动。如果您松开安全带,弹簧将收紧,并顺时针旋转卷轴,直至使安全带张紧。卷收器有一个锁定机构,可在汽车发生碰撞时停止卷轴的旋转。如今,有两种常用的锁定系统:由汽车运动触发的系统和由安全带运动触发的系统。

拟南芥又名鼠耳芥、阿拉伯草,属十字花科,是自花授粉植物。它被科学家誉为“植物中的果蝇”,因为它基因高度纯合,突变率很高,容易获得各种代谢功能的缺陷型,是进行遗传学研究的好材料。

第一种系统在汽车迅速减速时锁定卷轴

郑伟波说,在地面,种子埋在土壤里,为它浇水,有合适的温度和阳光,它就能萌芽。但这个过程在太空环境中操作就非常复杂了。这里所说的太空是指地球大气层以外的宇宙空间。那里是真空环境,没有空气,没有水,宇宙辐射也很强,同时还处于失重状态,环境和地球上有很多不同。

第一种系统在汽车迅速减速(例如,当汽车撞上某物体)时锁定卷轴。这种机构中的核心元件是一个加重摆锤。当汽车突然停止时,惯性会导致摆锤向前摆动。摆锤另一端的棘爪会抓住固定在卷轴上的一个带齿棘轮。由于棘爪卡住了其中一个轮齿,因而齿轮便无法逆时针旋转,从而使与之相连的卷轴也无法旋转。当撞击后再次松开安全带时,齿轮会顺时针旋转,并与棘轮分开。

为了研究微重力环境对植物生命节律的影响,研究人员先把水稻和拟南芥种子放在高等植物培养箱中,在飞船进入太空后开始“解冻”,让种子开始生命周期。通常水稻和拟南芥都要培养一年才能完成一个周期,这期间必须给种子浇水、施肥、保证空气流通,还有阳光照射……培养箱里可以解决日照问题,但在太空中,水和空气很难分离,用带去太空的水浇灌种子时,水很难落进土壤,土壤里的空气也不会流通,要给种子加多少水更不好控制。研究人员先把水注入土壤,浸泡种子,再利用“毛细现象”把水引走,通过毛细管把回收的水再送回土壤,这样来完成水循环,既保证了水和空气的流通,又不浪费水,以此满足植物一年的全生命周期的培养需求。

幸运28官网,第二种系统在猛拉安全带时锁定卷轴。多数设计利用卷轴旋转的速度作为激活动力。这种设计的核心元件是一个离心式离合器,一种安装在旋转卷轴上的加重摆杆。当卷轴缓慢旋转时,摆杆并不摆动。一个弹簧使它保持在原来的位置。但当猛拉安全带时,卷轴将快速旋转,离心力驱使摆杆的加重端向外摆动。

2016年9月15日,拟南芥和水稻种子随“天宫二号”发射入轨,8天之后太空实验启动。郑伟波说:“刚开始我们都很忐忑,但实验启动5天后,拟南芥种子冒出一个小芽;20天后,水稻的小芽也顶着一颗硕大的水珠冒了出来。那时我们真的非常开心,一颗悬着的心终于放了下来。”

第二种系统在猛拉安全带时锁定卷轴

后期他们持续观察,发现植物的确可以在太空生长发育,但太空环境也的确对植物有很多影响。比如从表观上看,太空植物的花骨朵会像满天星一样,比地面植物多很多。另外,拟南芥在地面一般只有四五十天的寿命,而“天宫二号”上的拟南芥却在太空中生长了400多天,寿命更长。其中的原因还有待科学家做进一步的研究分析。

伸长的摆杆会推动卷收器壳上的凸轮。凸轮通过滑动销与一个枢转棘爪相连。当凸轮移到左侧时,滑动销会沿棘爪的槽口移动。这会将棘爪拖入与卷轴相连的旋转棘轮。棘爪锁入轮齿中,禁止逆时针旋转。

动物篇

在某些新型安全带系统中,还会使用预紧器来收紧安全带。预紧器的设计理念是:在发生碰撞时收紧安全带的任何松弛部分。 卷收器的传统锁定机构使安全带无法进一步拉伸,而预紧器的作用则是拉回安全带。 这种拉回力可将乘客移到座位中的最佳撞击位置。 预紧器通常与传统锁定机构一起使用,而不是代替它们。

实验舱里小鼠胚胎终成鼠

市场上有多种不同的预紧器系统。 某些预紧器会将整个卷收器向后拉,某些则会旋转卷轴本身。 通常,预紧器会连接到激活汽车安全气囊的中央控制处理器。 处理器监控机械或电子运动传感器,这些传感器可响应因撞击产生的突然减速。 当探测到撞击时,处理器将激活预紧器,然后激活安全气囊。某些预紧器采用了电动机或螺线管,但当今的多数设计采用点火方式来拉入安全带。当燃气点燃时,压力会推动活塞上行,从而旋转卷收器。

在航天技术的发展过程中,其实有很多的小动物被送上了太空进行实验。最开始是为了研究宇航员进入太空后可能会遇到的各种情况,比如最出名的是一只名叫“莱卡”的小狗。它于1957年乘坐苏联的飞船进入太空,但由于当时苏联并不会收回卫星发射器,莱卡便献身宇航事业了。1961年,乘坐法国宇宙飞船上天的一只名叫“赫拉托”的老鼠,因为最后安全返回了地面,则成为了“第一只参观了太空的动物”。

当燃气点燃时,压力会推动活塞上行,从而旋转卷收器

如今的太空动物实验,已早不仅是安全返回的问题了。科学家认为,今后无论是人类还是其他动物,在长期太空旅游中,胚胎发育都会是必然要经历的事情。所以除了植物栽培,研究人员还在太空进行了细胞、胚胎的培养。

这种预紧器中的核心元件是一个燃气室。在燃气室内,还有一个包含易爆点火材料的小燃烧室。 这个小燃烧室带有两个电极,并连接至中央处理器。当处理器探测到撞击时,它会立即在电极上施加一个电流。 电极产生的火花将点燃点火材料,从而将燃气室中的燃气点燃。 燃烧的气体会产生很大的外推力。 该压力推动位于燃气室内的活塞,使其高速向上运动。活塞的一侧固定有一个齿条。 当活塞弹起时,齿条将与一个连接到卷收器卷轴的齿轮啮合。 高速运动的齿条会快速旋转卷轴,从而卷起安全带。

胚胎是生命的起点,它由受精卵多次分裂而成。在地面,胚胎在合适的条件下,可以顺利完成从分裂到着床、长出后代的过程,但在太空中,哺乳动物是否能顺利完成早期发育过程呢?要知道,胚胎的体外培养比细胞培养更复杂,因为它更敏感,对环境的要求也更高。美国和日本科学家都曾做过类似实验,但没有成功。

在剧烈撞击中(如当汽车与某障碍物高速相撞时),安全带会造成严重的伤害。 随着乘客惯性速度的增加,需要更大的力才能使乘客停下来。 换言之,撞击时您的运动速度越快,安全带对您施加的作用力就越大。

而中国的研究人员在实验太空舱里进行的动物胚胎实验,已证明在太空中能够完成小鼠早期胚胎发育。

某些安全带系统使用负载限制器来尽可能减少安全带造成的伤害。 负载限制器的设计理念是:当有巨大的作用力施加到安全带上时,额外释放更多安全带。 最简单的负载限制器是缝制在安全带中的折叠带束。 当施加到安全带上的作用力达到特定值时,用来固定折叠带束的缝线将会断裂。 当缝线断开时,安全带的折叠部分便随即展开,从而使安全带能够再伸长一些。

他们先模拟构建了一个适合胚胎发育的、类似于小鼠母体子宫的环境,然后在火箭发射前8个小时,把“解冻”的小鼠胚胎样本置入这个有适宜生长环境的实验装置,最终随卫星一起进入太空,并用高显设备全程记录下整个过程。每个发育细节都用显微图像记录下来,所有人都可以看得非常清楚。

更高级的负载限制器在卷收器中采用了一个扭杆。 扭杆就是一个长金属杆,当向其施加足够的作用力时会发生扭曲。 在负载限制器中,扭杆的一端固定在锁定机构上,另一端固定在旋转的卷轴上。 在轻度事故中,扭杆将保持形状不变,卷轴将使用锁定机构进行锁定。 但是当有巨大的作用力施加到安全带上时(因而也施加到卷轴上),扭杆将略微扭曲。 这会使安全带延伸得更多一些。

人们可以看到,小鼠的细胞胚胎在飞船入轨后,在太空中开始从两细胞分裂成四细胞、八细胞……最后逐渐分裂成囊胚。但发育过程还是受到太空环境的一些影响,科学家仍在对此做进一步的基因组分析。不过他们相信,这个胚胎发育过程是成功的。因为在地面实验中,他们曾将在这种特制的培育箱中由胚胎发育而成的囊胚植入到小鼠母体,最后真的长出了小老鼠。当然这还需要进一步实验来验证。

从某种意义上说,安全带的重要性超越了安全气囊,所以现在大多数汽车都强制要求驾驶员系安全带,如果安全带系统有问题的话,被动安全的效果会流失大半,重要性不言而喻。当然真正的安全不能仅靠安全带,驾驶员也要保持良好的驾驶习惯。

此外,研究人员还在“实践十号”和“天舟一号”上开展了一些干细胞太空实验。干细胞的研究十分重要,因为这种神奇的细胞不但能实现自我复制,还能分化成各种各样的功能细胞,比如心脏细胞,还有其他组成人体各种器官的细胞。所以研究人员希望了解干细胞在太空中是否也能正常增殖和分化。

在“实践十号”的干细胞箱中,主要开展的是造血干细胞和神经干细胞在太空中增殖分化的实验。研究人员发现,太空中的神经干细胞在脱离了重力约束后变得非常活跃,它会长出各种轴突,用其抓住细胞,形成神经组织。郑伟波说:“这个现象非常奇妙,我们在地面做了很多比对实验,都没有看到过这样的现象。”

而在“天舟一号”上展开的,主要是骨细胞和其他干细胞的发育实验。骨细胞的研究是想了解在太空中宇航员可能会有骨质疏松的现象的原因。其他干细胞则包括胚胎干细胞向心肌细胞分化、向肝脏干细胞分化,或者是向生殖细胞分化等过程,在太空能否顺利完成。

郑伟波表示,开展太空生命探索主要有两种手段:一是监视太空中的细微变化,检测手段多种多样,显微镜是其中之一;二是把动植物或者细胞的太空实验样本带回地面,供科学家进一步分析。研究人员一直在持续进行这些实验,他们相信,未来人类终将要走出地球,跨向宇宙。所谓“兵马未动,粮草先行”,未来人类还需要开展更多种多样的太空生命探索研究。

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