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民科打败官科的X奖 精选

已有 14402 次阅读 2014-10-8 12:31 |系统分类:科普集锦

民科打官科的X

20141007

 

上周五早晨,碧空如洗。我睡个自然醒,吃碗麦片粥,炒个走地鸡蛋,烤片全麦面包抹点草莓酱。然后雄赳赳地去讲课,过了两个小时的嘴瘾,啊,生活多么好美!星期一早上,碧空又如洗。还没起床就看见学生电邮“谢谢您上周的课。早上刚听广播说他们丫的得NB奖了,好像你丫课上提过,猜得TM挺准…”(Thanks so much for your fun lectures in IPN core last week.  I just heard on the radio that O'Keefe and 2 otherswere awarded the Nobel Prize. I vaguely recall you mentioning that you thoughtthey'd be getting the prize. Looks like you were right! Best, Loren)。

听女学生夸得我飘飘然的。其实我根本不会预测,因为去年的课也是这么讲的。这堂课是水煮电生理,内容涉及二十多个NB工作,所以再多俩得NB奖的也不稀奇。既然我的幻灯片都是现成的,就把晚上时间留出来写篇科普吧?可是晚上到网上一看,到处都是获奖感言和科普,我再来一篇还不把大家都腻烦死啊?因此还是利用这时间写点别的,既然大家都NB奖‘嗨’呢,我就说说民科打败官科的X大奖 (the X-Prize)吧。

大家都知道官科(也叫主流科学)都是公家资助的,受人尊重的科学家干的。而民科(民间科学)则多半是让人看不起,公众的印象就是那种猥琐男躲在自家车库里搞什么永动机之类的烂项目。而X奖就是改变这种公众印象的,专门支持民科打败官科的奖。大约有个一千万美元,和NB奖有一拼吧?

官科是国家资助,大把的烧钱是应该的。官科里最烧钱就是那种大计划(国语叫“工程”),比如米国的空间计划,上万亿的烧钱,终于世界领了先,上了月球,有了航天飞机。可是飞趟航天飞机本身就要上亿美元。十几年来还出来几次事故,当空爆炸了两个。很多小民就不愿意了,说我们上税的钱也不能这么烧啊!上太空其实根本用不了那么多钱。

OK!你说用不了那些钱,那你造个民科航天飞机来瞧瞧!动嘴的几个小土豪没这能耐,可是有精神折腾啊。俗话说重赏之下必有勇夫,咱们就设他个大奖,谁造出来给丫一千万美刀!我擦,一千万,还不是日元!绝对有诱惑力呀,很多人在车库里摩拳擦掌哩。

可是万一有人真造出来了,我上哪找那一千万美金呢?这也不难啊。很多保险公司有一种“打赌”业务,你说啥事能成(比如说国足下次能赢世界杯),那您就先交一万买个计划,真成了我给您一千万,不成的话您的钱俺就笑纳了。所以这种打赌计划是专门赚没头脑人的钱的,赌一赔十还是赌一赔万,就看你说的那事有多不靠谱了。保险公司也有精算师,赔本买卖地不干。在米国,别说航天飞机,能造飞机的也就是那么几家公司。一千万放到那些公司里就像一滴水掉井一样,没多大响声。为一千万造个航天飞机?脑子进水啦。所以你们要赌的话肯定是白缴钱。如此那几个家伙没花多少钱就买了个打赌计划。万一成功了,自有保险公司掏钱,还能把那官科的NASA搞个灰头土脸。不成功也没多少钱,大家都是土豪,你懂的。

这样就有了1996年的X-prize。挑头的叫彼得迪曼迪思(Peter H. Diamandis),掏钱买保险的叫安沙里家族(Anoushehand Hamid Ansari family). 于是这奖就冠名叫“安沙里家族X大奖”。这迪曼迪思是美籍希腊裔二代,绝不是个省油的灯。他在医学院还没毕业的时候就办了个国际空间大学,至今已经有三十年了,还没垮。没过两年他又开公司造微型卫星,1994年他专门买了架波音飞机飞失重,让很多土豪买票体验了太空零重力经历。最离谱的是2007年他把世界级物理学家史迪文霍金送上天飞了8圈失重。大家都知道霍金是“渐冻人症”,半辈子坐在轮椅上下不来,居然也能享受失重环境里的自由。

长话短说,据说迪曼迪思读了二十世纪初“圣路易斯精神号”飞越大西洋的故事,受启发设立大奖鼓励民科航天飞机。因为圣路易斯精神号成功飞越大西洋也是响应一个2.5万的大奖的。所以民科航天飞机的安沙里X大奖就于1996年在圣路易斯城宣布的。

好了,有了大奖,这航天飞机怎么造呢?这里有两个技术难关,一个是上天,一个是返回大地(好像是废话啊?)。上天怎么办连小学生都知道,用火箭呗!可是火箭有火箭的难处。一般航天飞机90%以上的重量都是火箭燃料(飞机自重80吨左右,带有750吨燃料),才能把飞机加速到飞上地球轨道的所谓“第一宇宙速度”。这么多吨燃料要保证在几分钟之内平稳地烧了,稍有不慎就是大灾难。比如挑战者号航天飞机就是在起飞时燃料泄露引起大爆炸毁了。

重返地面也同样困难,因为飞机在返回大气层时要把速度降到零,就是说把所有火箭燃料变成的动能平稳地消耗掉而不烧毁飞机。返回开始时速度是每秒好几公里,一般金属在高的速度下都会烧熔,所以必须要靠陶瓷绝热层保护。哥伦比亚号航天飞机就是因为绝热层有点破损,重返大气时被活活烧成灰。在返回了大气后还有一段超音速飞行,也很危险。飞机的气动性能稍微有点不平衡也会把人震死,或把飞机震碎。苏联航天返回的时候也因为一个小零件故障死过人。综合这些因素,官科的航天飞机就造得极为复杂,为保万无一失,烧多少钱都不够。

考虑到民科航天飞机必须要面对官科的同样困难,安沙里X大奖规定民科航天飞机必须载人,必须达到100公里以上的太空,而且是能重新使用的,就是要在两周内再上太空并安全返回才算数。

这世上民科还真不少,大奖一开,世界上26个团队宣布应战,这里有的是完全天真的在自家后院玩火箭的,有的则有大公司赞助背景。大公司虽不在乎这个钱,但很在乎打败NASA这个广告效益呢。

大奖开了快十年,大家几乎都要放弃了,2004年,突然出现了一个赢家,“空间一号”民间航天飞机。它诞生于美国加州的ScaledComposite (SC)公司, 由微软的土豪阿伦出了两千五百万造的,所以赢的一千万还是赔本买卖。


赢了X-大奖的空间一号

           这SC本是用复合材料造飞机的。所谓复合材料,就是用碳纤维一类及其强大的材料,用树脂一类比较韧的材料糊成型,成了又强又韧的东东。其实本身就是个民间概念,比如中国农村老太太用破布和浆糊复合起来做鞋底,庄稼汉用高粱杆糊泥巴做墙,都是这个道理。复合材料比金属强大多了,而且又很轻,这些都对航天飞机很重要。因为省一公斤自重就是省下9公斤火箭燃料!极其强韧的翅膀又是返回时抵抗超高音速的必须。所以SC公司最后成了正果。

           对于火箭这种危险又极难控制的技术,民科也有民科的高招,空间一号的火箭是一种“杂交火箭”,燃料是橡胶,用一氧化二氮作为氧化剂。


空间一号用的杂交火箭结构图。

一般的火箭分液体火箭和固体火箭两种,而杂交火箭的燃料是固体而氧化剂是液体。杂交火箭比固体和液体火箭有很多优点,比如容易控制,不易出大事故,点燃后可以关机。相比之下官科航天飞机的主发动机用的是液体火箭,而助推器则是固体燃料火箭。这是因为官科航天飞机很重,起飞时必须靠固体助推火箭提供83%的推力。这样看来,民科航天飞机轻,小,火箭又简单,就占了上风。

           空间一号还占了个便宜,就是因为它小,就能背在另一架飞机背上,飞到高空再放飞,这样又节约了很多燃料。


 空间一号的母机“白风筝”载着空间一号出发挑战太空的瞬间。

 

X大奖并不是一个孤立的现象,我粗略查了一下,其之前就有几十个类似的航空奖,之后也有条件更苛刻的太空飞行奖,比如美国旅店巨头比格罗于2004年挑头搞了一个美国空间奖,奖给能飞到400公里高度,绕地两圈,载人五个以上的航天器,还必须能能力与比格罗空间站对接并呆六个月以上。这简直就是航天飞机的一大半功能了。但这个奖最后没有赢家,于2010年结束了。

       看来 私人出钱奖励民科,是米国挑战权威的牛仔传统在科学技术上的表现。X大奖目前还有新的挑战,包括生物,汽车等多个领域。  

       最后提一下本文的目的。国内民众对NB奖的关注成度超过世界多数国家。这里除了有点崇洋,还有个原因是中国国内没有NB奖那样的民间大奖。中国土豪数量现在是世界水平。为什么中国的土豪不能搞点大奖,把NB奖比下去呢?     

 

 

 

 




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