“奇想不來自知識,而是一種懸念”:美國大學先鋒實驗室

周江林

馬里蘭大學太空系統(tǒng)實驗室

職業(yè):宇航服設(shè)計師

學習內(nèi)容:在零重力環(huán)境中測試新型宇航服

馬里蘭大學位于華盛頓地區(qū),航天工程學專業(yè)的學生來到太空系統(tǒng)實驗室,穿上宇航服,在中性浮力水槽中對新一代宇航服或空間和深海機器人進行低重力或零重力測試。

馬里蘭大學這個15米直徑,36.7萬加侖的水槽是美國僅有的兩個之一,在大學里是僅有的一個。水槽營造失重環(huán)境的原理很簡單:利用水的浮力抵消航天員和服裝的重量,當兩個力相等時,人就會懸浮在水中。

馬里蘭大學畢業(yè)的學生們大多數(shù)繼續(xù)相關(guān)的工作,為國際空間站和卡西尼和麥哲倫行星探測器等服務。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?馬里蘭大學太空系統(tǒng)實驗室

加利福尼亞大學默塞德·道森實驗室

職業(yè):海洋生物學家

學習內(nèi)容:與水母共潛

今年加利福尼亞大學默塞德·道森實驗室的研究生和博士后課程表有點像延長的春假,包括水肺潛水、浮潛和速劃,到墨西哥灣、加州海岸和帛琉群島等海域,每月,學生花費6至10小時在水中,在水母群每日兩次的跨湖遷移之時,游弋在近旁,測量微小漩渦的速度。他們試圖解開進化生物學家邁克爾·道森稱之為“海洋黑暗能量”的奧秘。

默塞德·道森實驗室得到了美國國家科學基金會資助,希望能解開世界海洋一個最令人費解問題:他們的能量從哪里來的?他們首次提出了水母群湍流和海洋能源間的聯(lián)系。

一個可能的來源是水母。在帛琉群島水母湖,約15000年前被隔開的一個4.85公頃內(nèi)陸海,現(xiàn)在是百萬計的水母群的棲息地,這里是檢驗該理論的完美實驗室。如果動物在這里造成的湍流具有足夠強的混合效果,那么在海洋中有可能發(fā)揮了同等效力。

加利福尼亞大學默塞德·道森實驗室

阿拉巴馬大學亨茨維爾分校推進研究中心

職業(yè):火箭科學家

學習內(nèi)容:制造火箭

阿拉巴馬州亨茨維爾有“火箭城”之稱,阿拉巴馬大學亨茨維爾分校與美國九大航天中心之一、美國航天局喬治·馬歇爾太空飛行中心在同一條街上。

每年,阿拉巴馬大學亨茨維爾分校20名航空和機械工程專業(yè)的學生可以用8個月時間來設(shè)計、建造,和試飛火箭,飛行高度可達1609米。業(yè)余愛好者的火箭,飛行高度通常低于304米(并且需要獲得美國航空局的許可)。“假設(shè)一個A引擎只有B引擎一半的能力,B引擎只有C引擎一半的能力,以此類推,”工程教授馬洛·莫澤說:“你在公園看到的火箭就屬于A和B引擎。而我們的火箭是L引擎。”

去年的學生建造了約16公斤重,約2.6米長的碳纖維火箭,搭載有先進的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)?;鸺摹氨清F”上裝有一個攝像頭和航空電子設(shè)備,來記錄火箭的飛行路徑和其他資料;在尾端,裝有溫度和壓力傳感器。

學生可以拿火箭參與美國航天局贊助的火箭發(fā)射競爭,雖然這次報告只是一個學術(shù)活動,一些火箭團隊的校友留下來繼續(xù)為美國航天局工作。


? ? ? ? ? ? ?阿拉巴馬大學亨茨維爾分校推進研究中心

休斯頓大學世川國際太空建筑研究中心

職業(yè):太空建筑師

學習內(nèi)容:為美國宇航局設(shè)計月球基地

休斯敦大學位于德克薩斯州東南部,在美國航天局委托下,世川國際太空建筑研究中心主要工作是設(shè)計月球基地。

在未來,會有能帶人們飛上太空的飛行器,隨之而來的是,人們將需要在行星外生活和工作。與地面建筑相比,這項設(shè)計工作需要更多的工程技術(shù)訣竅。美國航天局月球居住系統(tǒng)主管和世川國際太空建筑研究中心的校友,拉里·圖普斯解釋說:“學生必須了解和因數(shù)化六分之一重力在人體工程學上的影響。另一個挑戰(zhàn)是保護船員免受太空強輻射的影響”。

世界唯一的太空建筑研究生學位課程的5名學生之一,24歲的兼職工程師盧克·施米克的工作,那就是教宇航員如何操作航天飛機。

世川國際太空建筑研究中心的很多設(shè)想最終被美國航天局證實有很強的工程可行性。中心為地球軌道設(shè)計了一個可擴展的充氣實驗室。他們?yōu)榛鹦浅TO(shè)基地的所有組成部分建造了模型(一部分數(shù)字,一部分物理)——包括居住艙、研究實驗室、水耕花園,甚至是地面探測車輛。

休斯頓大學世川國際太空建筑研究中心

德州理工大學風科學與工程研究中心

職業(yè):大氣科學家

學習內(nèi)容:衡量颶風的破壞力

德州理工大學位于德克薩斯州盧伯克市,風科學與工程研究中心碎片撞擊測試實驗室的學生也親身投入到真正的龍卷風和颶風中。颶風來襲之前,德州理工的學生在現(xiàn)場建立一個流動研究中心,進行幾十項測量,包括風速和風暴眼的強度。他們的儀器是風暴中唯一能保持完好無損的,現(xiàn)在風科學與工程研究中心擁有唯一一份卡特里娜颶風登陸時風暴眼強度的完整記錄。

基于實驗室測試和風暴期間及之后的災難現(xiàn)場數(shù)據(jù),該中心還建立了更準確的龍卷風技術(shù)測定方法,稱為增強的藤田級數(shù)。它反映了最近的發(fā)現(xiàn),低速風造成的破壞比之前預想的要大。當學生不沉浸在毀滅性的颶風中時,他們設(shè)想如何使風力發(fā)電效率更高或設(shè)計能更好地抵御颶風的房屋。

德州理工大學風科學與工程研究中心

佛羅里達大學雷電研究實驗室

職業(yè):研究抗雷擊科學家

學習內(nèi)容:捕捉百萬伏的雷電

佛羅里達大學位于佛羅里達州蓋恩斯維爾。整個夏天,有風暴經(jīng)過時,雷電研究實驗室的研究人員和學生24小時全天候工作,以觸發(fā)雷電。一條細導線連接到火箭上作為一個導火索,誘發(fā)雷電通過所謂的等離子體通道到達接地的金屬發(fā)射臺。

該實驗室的傳感器網(wǎng)絡幫助解決有關(guān)雷電的奧秘:例如每次雷擊的獨特電磁場的成因,或者一次直擊將如何影響地下電纜。但觸發(fā)雷電并不像想象的那么容易。

實驗室共同主任弗拉基米爾·拉科夫說,每個夏天,如果學生們能觸發(fā)40次雷擊就算幸運的了,而其中多次觸發(fā)成功可能是在同一風暴期間。五年前,雷電實驗室的學生們協(xié)助作出了10年間的最大發(fā)現(xiàn)之一:大多數(shù)雷電都釋放出X射線。今天,學生們?nèi)栽谠噲D弄清楚其成因,通過建立新的X射線傳感器網(wǎng)絡。

佛羅里達大學雷電研究實驗室

新佛羅里達州學院秘魯亞馬遜田野課程

職業(yè):雨林生物學家

學習內(nèi)容:在45米高的樹上追蹤珍稀動物

新佛羅里達州學院位于佛羅里達州西部城市薩拉索塔,城市以其戲劇,藝術(shù),音樂和美麗的海岸聞名。學院新生從大學一年級開始攀爬薩拉索塔的亞熱帶樹木,學習進行生物多樣性調(diào)查或放射性標記動物。

觀察樹懶的睡眠聽起來是件無趣的差事,但在熱帶雨林做這件事“將改變你的生活”,新研究生和生物學家布賴森·沃林說。他本科時曾在巴拿馬追蹤樹懶,現(xiàn)在為馬克斯普朗克鳥類研究所收集數(shù)據(jù),有助于解開人類睡眠的奧秘。

世界上一半以上的陸地物種生活在樹上,其中許多從來沒有接觸地面。不幸的是,大多數(shù)科學家從來沒有離開地面,樹冠攀爬的先驅(qū)和生態(tài)學家梅格·洛曼說,這也就解釋了為什么科學家已經(jīng)有記錄在案的林冠不到2%。因此,新佛羅里達州學院培養(yǎng)就從爬樹做起。

新佛羅里達州學院秘魯亞馬遜田野課程

密蘇里科技大學煤礦實驗室

職業(yè):爆破和焰火設(shè)計師

學習內(nèi)容:爆破、設(shè)計、制造焰火

密蘇里科技大學(密蘇里理工大學)主要致力于采礦和冶金方面的研究,采礦工程學科排名全美第二。

在這里,學生可以學習如何爆破建筑物,設(shè)計煙花,從石場壁上平滑地炸掉片石,在搖滾音樂會上燃放煙火,并為電影施放火焰特技。該課程的篩選過程嚴格程度可以與美國中央情報局媲美??忌仨毺峤灰环菰敱M的背景審查材料,非美國公民可能還要通過煙酒火器局審查。

密蘇里科技大學還設(shè)有炸藥工程的科學碩士學位,是美國該類別的首個正式課程??茖W碩士的課程包括從聚能裝藥、能夠在金屬上切割或打孔小型精密炸彈,到軍事中的爆炸緩和技術(shù),再到為了更好地采礦而改變地震。

密蘇里科技大學煤礦實驗室
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