《科技新時代》(美國著名科普雜志《Popular Science》中文版)2010年12月號公布了一年一度的100項最佳科技成果，涉及綠色、娛樂、汽車、運動休閑、醫(yī)療健康、安全、數(shù)碼、電腦、航空航天、工程、家用工具等類別。經(jīng)過15年的發(fā)展，百佳科技成果評選已經(jīng)轉(zhuǎn)向那些會引領未來、改變未來的技術創(chuàng)新。

　　以下為航空航天類最佳科技成果：

　　“太陽動力HB-SIA”飛機

　　清潔飛行先驅(qū)

　　2010年7月，人類飛行進入了零排放時代——瑞士飛行員Andre Borschberg駕駛著完全由太陽能和電池驅(qū)動的“太陽動力HB-SIA”飛機，飛行了26小時9分鐘零10秒，返航前的最高飛行高度達到了8700米。這是人類歷史上首次依靠白天收集的能量完成晝夜飛行(關于Borschberg的更多故事，請翻到N頁)。“太陽動力HB-SIA”飛機主要采用碳纖維制造，重約1600千克，與一輛中型轎車相當。飛機的翼展長63.4米，在機翼和水平尾翼上覆蓋著總共11628塊太陽能電池。它們能夠為飛機上的電子設備和4臺7.5千瓦的電動機供電，同時將電能儲存在鋰聚合物電池組中。在天黑前的兩小時左右，由于太陽光過于微弱而無法利用，鋰聚合物電池組將接替太陽能電池的工作。與Borschberg一起在2003年成立“太陽動力”公司的耐力氣球飛行員Bertrand Piccard表示，他希望HB-SIA的繼任者HB-SIB能在2013年之前完成由太陽能驅(qū)動的環(huán)球飛行。solarimpulse.com

　　2010航空航天大類獲得者

　　MASTEN SPACE SYSTEMS公司，XOMBIE

　　自由入太空

　　2010年5月，垂直起降(VTVL)航天飛機取得了重要進展。位于美國加利福尼亞州莫哈韋沙漠的Masten Space Systems公司制造了一架名為Xombie的演示飛機。在同類飛機中，它首次實現(xiàn)了在飛行中關閉發(fā)動機、重啟并著陸的過程。這家公司的最終目標是打造能在一天之內(nèi)數(shù)次往返于地球與太空之間的無人駕駛垂直起降火箭，并在往返過程中進行零重力試驗。挑戰(zhàn)在于，整個過程中的燃料消耗需相當謹慎，使火箭能夠成功著陸。因此，Xombie的成功至關重要。masten-space.com

　　Masten公司的垂直起降火箭能在一天之內(nèi)6次往返于地球與太空之間。

　　歐洲航天局，CRYOSAT-2

　　最清晰的冰雪世界

　　2010年4月，歐洲航天局發(fā)射了CryoSat-2衛(wèi)星。這顆衛(wèi)星的成功發(fā)射讓科學家能夠獲得前所未有的極地冰蓋數(shù)據(jù)，并以1.27厘米的精度追蹤冰層厚度的變化——這是監(jiān)控氣候變化的重要信息。CryoSat-2是歐洲航天局的第二次努力，第一顆衛(wèi)星CryoSat在2005年毀于火箭故障。與CryoSat相比，CryoSat-2更先進，研究人員為其更新了軟件并為雙天線干涉雷達測距儀(測量浮冰與水面之間的高度差)配備了容量更大的電池。www.esa.int/cryosat

　　阿塔卡瑪大型毫米波陣列

　　最強望遠鏡

　　阿塔卡瑪大型毫米波陣列(ALMA)位于智利境內(nèi)的安第斯山脈，是地球上最強大的射電望遠鏡陣列，其中3架天線已在今年早些時候投入使用。到2013年，工程師將安裝至少60多架直徑為12米、重100噸的碟形天線(外加4個小型天線)。安裝完成后，它們將共同捕獲能夠穿過星際塵埃云的窄譜輻射，讓科學家能夠觀測到恒星形成過程中的引力坍縮，以及100億年前發(fā)射的、來自遙遠宇宙的紅移輻射。almaobservatory.org

　　阿塔卡瑪大型毫米波陣列的海拔高度為5029米，是地球上最高的天文臺。

　　空中客車公司A400M軍用運輸機

　　最多才多藝的運輸機

　　在經(jīng)過了兩年的延期和70億美元的預算超支之后，空中客車A400M軍用運輸機姍姍來遲，終于在2009年底進行了首次試飛。它是按照多任務的要求設計的：能拖運兩架攻擊性直升機或116名士兵，同時保持足夠的機動性，能快速靈活地進出前線。飛機采用了渦輪螺旋槳發(fā)動機而不是噴氣式發(fā)動機，這是因為噴氣式發(fā)動機容易吸入野戰(zhàn)機場上的碎石。碳復合材料機翼減輕了A400M的重量(具體參數(shù)是商業(yè)機密)，再配合強化的輪胎和能抵抗碎石的渦輪螺旋槳發(fā)動機，它甚至能從滿是泥土和碎石的跑道起降。A400M能夠承載36噸貨物，幾乎是洛克希德•馬丁公司生產(chǎn)的“C-130J超級大力神”運輸機的兩倍。a400m.com

　　空中客車宣布，從2012年開始，單架售價為1.4億美元的A400M軍用運輸機將開始發(fā)貨。

　　SPACEX公司，“獵鷹9號”

　　私人火箭進太空

　　2011年，在美國航空航天局的航天飛機退役后，美國政府將貨物運到國際空間站的惟一選擇是搭私人航空公司的“便車”。從目前的情況來看，這種選擇相當靠譜。今年6月，SpaceX公司的“獵鷹9號”火箭完成了它的太空處女飛行。它高55米，使用煤油-液氧燃料，能將6噸貨物或者7名航天員送到地球軌道。SpaceX公司的工程師幾乎是從零開始設計“獵鷹9號”的每一個部件，降低了它的發(fā)射成本——將貨物送往太空的單次運費為1.33億美元，而航天飛機的運費為4.5億美元。SpaceX公司計劃從明年起，開始將貨物送往國際太空站。spacex.com

　　歐洲宇航防務集團，TANDEM-X衛(wèi)星

　　描繪3D世界

　　目前，通過衛(wèi)星得到的地球表面地圖是將來自多種方式、不完全協(xié)調(diào)的數(shù)據(jù)拼接到一起得到的，未覆蓋到的區(qū)域難免留下空白，同時損失大量細節(jié)。通過與另一顆衛(wèi)星的協(xié)同工作， TanDEM-X衛(wèi)星能夠繪制第一張包含海拔高度的完整的地球表面3D數(shù)字地圖。它由歐洲宇航防務集團的子公司Astrium為德國航天項目制造，于今年6月進入軌道，與在2007年進入太空的TerraSAR-X衛(wèi)星協(xié)同工作。歐洲宇航防務集團的另一家子公司將于2012年批準3D數(shù)字地圖出售。astrium.eads.net

　　洛克達因公司/波音公司，X-51A“乘波者”

　　速度最快的“耐力選手”

　　今年5月，一架B-52轟炸機在太平洋上空15千米處空投了X-51A“乘波者”無人機。“乘波者”以5倍音速飛行了3分多鐘，打破了超音速沖壓噴氣發(fā)動機的耐力紀錄。在此前的50年中，工程師從未能讓沖壓噴氣發(fā)動機(一種通過強烈壓縮空氣而達到火箭速度的發(fā)動機)的工作時間超過12秒。支持燃燒的空氣以超音速通過發(fā)動機，因此如何讓空氣發(fā)揮助燃的作用便成為一個挑戰(zhàn)。“乘波者”能打破紀錄，要歸功于一種全新的發(fā)動機結(jié)構和精確的燃料噴射技術。這個項目由美國空軍和美國國防部高級研究計劃局聯(lián)合資助，是開發(fā)先進的巡航導彈和減少太空運輸成本的重要環(huán)節(jié)。pwrhypersonics.com

　　X-51A“乘波者”發(fā)動機的工作時間幾乎是之前同類發(fā)動機的20倍。

　　Piasecki飛機公司/卡內(nèi)基•梅隆大學，自治直升機

　　我聰明，我自主

　　以往的無人駕駛直升機(如波音公司的A160“蜂鳥”)都只能在無障礙、預先繪制了地圖的環(huán)境中工作。今年6月，Piasecki飛機公司和卡內(nèi)基•梅隆大學機器人學院的工程師們打破了這一障礙——他們給一架A/MH-6“小鳥”直升機裝備了自動引導系統(tǒng)，并在一個不熟悉的環(huán)境里對它進行了測試。這架直升機能夠在飛行過程中繪制環(huán)境地圖，識別電線和人這樣的障礙物，在雜亂的地形中選擇合適的著陸地點，以及安全著陸——完成這些任務無需人來引導。GPS設備、慣性傳感器和激光掃描儀能夠收集環(huán)境的信息，機載軟件會根據(jù)這些信息繪制環(huán)境的三維地圖。未來這種技術最可能的應用是協(xié)助救護直升機飛行員的工作。www.ri.cmu.edu

　　波音X-37B

　　神秘亮相

　　今年4月，美國首架能夠重復使用的無人駕駛航天飛機X-37B首次飛往地球軌道，為美國航空航天局和國防部十幾年的努力畫上了圓滿句號。X-37B的外形看上去像是縮小版的航天飛機，惟一不同的是它返回地球時進入大氣層的方式——在結(jié)束任務后，它將滑翔返回地球并在加利福尼亞州著陸。它將執(zhí)行哪些任務？很抱歉，目前這還屬于軍事機密。這種小型無人駕駛航天飛機有許多明顯的優(yōu)勢：它個頭小，不需要搭載航天員，發(fā)射成本低、過程簡單。它能夠重復利用，將衛(wèi)星裝在載荷艙內(nèi)送往地球軌道。在發(fā)射后不久，業(yè)余航天愛好者就發(fā)現(xiàn)X-37B進入了觀測衛(wèi)星的軌道。boeing.com

　　我飛故我在

　　如何駕駛一架太陽能飛機穿梭于夜空？

　　POPSCI人物 ANDRE BORSCHBERG

　　1952年，第一架商用噴氣式客機投入使用。Andre Borschberg在這一年出生在瑞士蘇黎世。從小，他就開始尋找天空的邊界，渴望“三維世界的自由”。他被父親在“二戰(zhàn)”期間的偵察飛行經(jīng)歷所深深吸引，對作家Antoine de Saint-Exupery的小說《夜間飛行》中的情節(jié)如數(shù)家珍。15歲那年，他參加了瑞士空軍一個針對年輕人的項目，開始學習飛行。

　　隨著年齡的增長，他的興趣發(fā)生了轉(zhuǎn)變。他在美國麻省理工學院取得了MBA學位，并成立了一系列公司。他有時會回到家鄉(xiāng)，繼續(xù)接受瑞士空軍的飛行訓練，取得了“毒液”噴氣式飛機、有后掠翼的“獵鷹者”飛機直至諾斯羅普•格魯門公司制造的“虎 F-5”超音速戰(zhàn)斗機的駕駛資格。51歲時，Borschberg已經(jīng)擁有了3家公司，并取得了至少30種飛機的駕駛資格。隨著年齡的增長，他對商業(yè)和飛行這兩件事的熱情有增無減，并開始有了將二者合二為一的模糊想法。

　　2003年，瑞士聯(lián)邦理工學院建議Borschberg研究“駕駛太陽能飛機環(huán)繞地球”的計劃。這個想法來自Bertrand Piccard，他來自一個富有傳奇色彩的家族——他的祖父Auguste發(fā)明了深海潛水器，而他的父親Jacques則成功潛入了馬里亞納海溝(《星際迷航》中一位船長的名字就是從這個家族獲得靈感的)。

　　Borschberg認真考慮了這項建議，認為它兼具航空前輩的浪漫主義精神和創(chuàng)業(yè)者的創(chuàng)新性，是“一個聰明絕頂?shù)南敕?#8221;。盡管如此，他還是過了一段時間才答復。“作為飛行員的我立即說‘好’，”Borschberg笑著說，“但是作為生意人，我需要考慮一段時間。”在研究結(jié)束之后，他以CEO的身份與Piccard一起啟動了“太陽動力”項目。2009年6月，經(jīng)過6年的發(fā)展，他們揭開了HB-SIA的神秘面紗。這是人類歷史上第一架具備晝夜飛行能力的太陽能飛機——這個能力是環(huán)球飛行所必需的。“這項工作把我過去25年中所學到的一切都用上了，包括工程學知識、商業(yè)知識和飛行知識。”Borschberg說。

　　一年之后，Borschberg穿上了能保護自己免受零度以下低溫傷害的特殊飛行服，開始了自己的開創(chuàng)性飛行——空中26小時，全新的紀錄。由于iPod的電池被凍住，預先選擇的音樂無法播放，陪伴他的只有天空中的聲音。Borschberg身高1.9米，座位上的空間對他來說顯得很局促，但是美麗的景致讓他忘記了所有不適。“真是太美妙了，”他說，“落日、月亮、星辰，它們都陪著你一起飛行。”緩慢而筆直地前行，看著“夜幕的黑色從比爾湖的湖面上反射回來”，他進入了一種“自覺飛行”狀態(tài)——完全依靠感官來判斷飛行環(huán)境，這在復雜的現(xiàn)代飛行技術條件下幾乎是不可能的。“我們正在探索一種全新的飛行方式。”Borschberg說，“其中的快樂令人難以置信。”

　　Borschberg駕駛著他的太陽能飛機，在天空中飛行了26個小時。