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“纳米纸飞机”如何探索火星?

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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。

来源:大科技

 

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