纳米技术：空间微型化的希望

    纳米技术已应用于许多工业领域，也会在航天应用及空间探索任务中发挥巨大作用。

　　目前纳米技术的研究目的是，利用1～100纳米大小的“微组件”制造高性能的材料、设备和系统。1纳米是十亿分之一米，大约是人类头发丝直径的万分之一。科学家希望通过研究如此微小的物体，揭开物理、化学、生物、机械及电学等方面的许多神奇现象及特性。

　　NASA Ames研究中心纳米技术中心主任M. Meyyappan说，纳米技术的研究已取得一定进展。基础研究工作从五、六年前开始，实际上，我们已在研制一些产品。

　　已经用碳纳米管制作了微型化学传感器。这种传感器用于NASA的宇宙化学探测任务将是十分理想的。还制造了碳纳米管X射线衍射光谱仪。这种光谱仪比商业上所用的仪器性能高、功率小，而且体积和重量大大缩小，可以放在手掌中。它将用于2009-2010年探测火星的任务，研究火星的岩石及土壤。

　　NASA每年花4000多万美元用于纳米技术研究。纳米技术是能对众多领域产生重大影响的“使能技术”，而不仅仅是一项技术。

　　NASA应长期关注纳米技术的发展能力。纳米技术对今后10～15年的探测月球、火星及更远星系的活动，肯定会有促进作用。当前重点发展的两个领域是：为航天员离开地球提供必需的先进生命保障设备和辐射防护技术。

　　2003年夏天NASA召开了“美国纳米技术倡议重大挑战讨论会”，会上，专家们分析了纳米技术影响航天活动的六个方面：

　　1）纳米材料：碳纳米管增强轻型材料。这种材料抗拉强度高，导热和导电能力强，将使飞行器的设计发生根本性的变革。

　　2）纳米机器人技术：下一阶段微型化的目标可能是研制出纳米粒子、纳米纤维，分子大小的作动器、发动机，即微型机器人，这有利于研究细胞和生物学系统。

　　3）微型飞行器：利用高性能微型飞行器可研制成深空探测器、轨道器，进入行星大气的探测器或行星表面移动探测器。

　　4）纳米传感器及纳米仪器仪表：无线、快速、超敏感和非侵入式的微型传感器及仪器装在化学、电子或光学探测器上用于科学研究，特别适用于现场分析和机器人操作。

　　5）纳米-微型-大型技术的集成：纳米技术可在很多领域为人类服务，例如，生命保障系统和环境监测系统。

　　6）航天员健康管理：长期在太空航行的航天员可利用纳米技术提高抗高辐射环境的能力，制造医学监测器和治疗仪，有助于缓解或克服因长期在太空工作而引起的紧张与压力。

　　利用纳米技术对航天员健康管理有两种形式：一是制造能阻挡辐射穿透航天器的纳米材料、辐射特性更好的纳米技术传感器；另一种是纳米药物，有可能减轻辐射对航天员生理所造成的影响。

　　逐步发展

　　加州展望研究中心的宗旨是向公众宣传纳米技术的益处，该研究中心主任S. Mize说，在近期内，纳米技术会取得一定的进展，但是，我们必须承认，纳米技术还处于刚刚起步阶段，前面的路还很长，其发展甚至需要几十年的时间。

　　目前，我们不指望纳米技术出现重大突破，只希望它逐步发展。在某些传感器，甚至某些商业产品（化妆品、运动器械）等方面已经显现出这种进步。

　　从长远看，在某些领域可能出现全新的技术。这种新技术还有待进行深入的研究。

　　Mize说，展望研究中心正在研究如何利用纳米技术应对人类今天所面临的一系列巨大挑战，包括低成本实现进入太空的能力，与传染病搏斗，治疗和消灭癌症，以及向人类提供清洁水源等。

　　纳米管梦想

　　一种更宏伟的设想是用纳米技术制造太空电梯（天梯）。设想用一根缆绳，它的一端同地球赤道上的漂浮平台相连，另一端固定在地球同步轨道以外的太空。天梯利用电子升降机沿缆绳上下往返，把卫星、飞船和其他装置送入环绕地球的轨道。

　　碳设计公司经理B. Edwards称，碳纳米管能使我们建造天梯并快速进入太空。纳米材料可减轻天梯举升设备所要求的重量，还能减轻太阳发电卫星和空间站的重量。

　　除了碳纳米管材料外，纳米技术还可用于简单的热控表面，以至最终可用于复杂的系统，例如由成百万的微型机器人构成的系统将得到广泛应用。

　　纳米技术究竟会给我们带来怎样巨大的好处，现在还很难预测。

　　跨越效果

　　天梯构想的支持者M. Laine认为，在碳纳米管技术广泛用于商业之前，有许多技术问题尚待解决。目前，在美国和全球（特别是在中国），有数百个实验室在研究这些问题，寻找解决方案。他说“每一个实验室都在研究自己的专题。综合这些解决方案，有希望看到“超级材料”的出现。该项研究之所以被人看好在于“所有这些实验室的研究相互促进、相互补充，而产生跨越的效果”，为创造这种“超级材料”而共同奋斗。碳纳米管的吸引力在于，它比工业钢的强度高40到60倍。碳纳米管技术是一项“改变世界”的技术。人类历史上的每一个时代都是用当时可用的材料来命名的，如石器时代、青铜器时代、铁器时代。下一代时代也许就叫做“碳时代”。 (崔志 樊涛)