“奇想不来自知识,而是一种悬念”:美国大学先锋实验室

周江林

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马里兰大学太空系统实验室

职业:宇航服设计师

学习内容:在零重力环境中测试新型宇航服

马里兰大学位于华盛顿地区,航天工程学专业的学生来到太空系统实验室,穿上宇航服,在中性浮力水槽中对新一代宇航服或空间和深海机器人进行低重力或零重力测试。

马里兰大学这个15米直径,36.7万加仑的水槽是美国仅有的两个之一,在大学里是仅有的一个。水槽营造失重环境的原理很简单:利用水的浮力抵消航天员和服装的重量,当两个力相等时,人就会悬浮在水中。

马里兰大学毕业的学生们大多数继续相关的工作,为国际空间站和卡西尼和麦哲伦行星探测器等服务。

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                   马里兰大学太空系统实验室

加利福尼亚大学默塞德·道森实验室

职业:海洋生物学家

学习内容:与水母共潜

今年加利福尼亚大学默塞德·道森实验室的研究生和博士后课程表有点像延长的春假,包括水肺潜水、浮潜和速划,到墨西哥湾、加州海岸和帛琉群岛等海域,每月,学生花费6至10小时在水中,在水母群每日两次的跨湖迁移之时,游弋在近旁,测量微小漩涡的速度。他们试图解开进化生物学家迈克尔·道森称之为“海洋黑暗能量”的奥秘。

默塞德·道森实验室得到了美国国家科学基金会资助,希望能解开世界海洋一个最令人费解问题:他们的能量从哪里来的?他们首次提出了水母群湍流和海洋能源间的联系。

一个可能的来源是水母。在帛琉群岛水母湖,约15000年前被隔开的一个4.85公顷内陆海,现在是百万计的水母群的栖息地,这里是检验该理论的完美实验室。如果动物在这里造成的湍流具有足够强的混合效果,那么在海洋中有可能发挥了同等效力。

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加利福尼亚大学默塞德·道森实验室

阿拉巴马大学亨茨维尔分校推进研究中心

职业:火箭科学家

学习内容:制造火箭

阿拉巴马州亨茨维尔有“火箭城”之称,阿拉巴马大学亨茨维尔分校与美国九大航天中心之一、美国航天局乔治·马歇尔太空飞行中心在同一条街上。

每年,阿拉巴马大学亨茨维尔分校20名航空和机械工程专业的学生可以用8个月时间来设计、建造,和试飞火箭,飞行高度可达1609米。业余爱好者的火箭,飞行高度通常低于304米(并且需要获得美国航空局的许可)。“假设一个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,以此类推,”工程教授马洛·莫泽说:“你在公园看到的火箭就属于A和B引擎。而我们的火箭是L引擎。”

去年的学生建造了约16公斤重,约2.6米长的碳纤维火箭,搭载有先进的数据收集系统。火箭的“鼻锥”上装有一个摄像头和航空电子设备,来记录火箭的飞行路径和其他资料;在尾端,装有温度和压力传感器。

学生可以拿火箭参与美国航天局赞助的火箭发射竞争,虽然这次报告只是一个学术活动,一些火箭团队的校友留下来继续为美国航天局工作。


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             阿拉巴马大学亨茨维尔分校推进研究中心

休斯顿大学世川国际太空建筑研究中心

职业:太空建筑师

学习内容:为美国宇航局设计月球基地

休斯敦大学位于德克萨斯州东南部,在美国航天局委托下,世川国际太空建筑研究中心主要工作是设计月球基地。

在未来,会有能带人们飞上太空的飞行器,随之而来的是,人们将需要在行星外生活和工作。与地面建筑相比,这项设计工作需要更多的工程技术诀窍。美国航天局月球居住系统主管和世川国际太空建筑研究中心的校友,拉里·图普斯解释说:“学生必须了解和因数化六分之一重力在人体工程学上的影响。另一个挑战是保护船员免受太空强辐射的影响”。

世界唯一的太空建筑研究生学位课程的5名学生之一,24岁的兼职工程师卢克·施米克的工作,那就是教宇航员如何操作航天飞机。

世川国际太空建筑研究中心的很多设想最终被美国航天局证实有很强的工程可行性。中心为地球轨道设计了一个可扩展的充气实验室。他们为火星常设基地的所有组成部分建造了模型(一部分数字,一部分物理)——包括居住舱、研究实验室、水耕花园,甚至是地面探测车辆。

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休斯顿大学世川国际太空建筑研究中心

德州理工大学风科学与工程研究中心

职业:大气科学家

学习内容:衡量飓风的破坏力

德州理工大学位于德克萨斯州卢伯克市,风科学与工程研究中心碎片撞击测试实验室的学生也亲身投入到真正的龙卷风和飓风中。飓风来袭之前,德州理工的学生在现场建立一个流动研究中心,进行几十项测量,包括风速和风暴眼的强度。他们的仪器是风暴中唯一能保持完好无损的,现在风科学与工程研究中心拥有唯一一份卡特里娜飓风登陆时风暴眼强度的完整记录。

基于实验室测试和风暴期间及之后的灾难现场数据,该中心还建立了更准确的龙卷风技术测定方法,称为增强的藤田级数。它反映了最近的发现,低速风造成的破坏比之前预想的要大。当学生不沉浸在毁灭性的飓风中时,他们设想如何使风力发电效率更高或设计能更好地抵御飓风的房屋。

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德州理工大学风科学与工程研究中心

佛罗里达大学雷电研究实验室

职业:研究抗雷击科学家

学习内容:捕捉百万伏的雷电

佛罗里达大学位于佛罗里达州盖恩斯维尔。整个夏天,有风暴经过时,雷电研究实验室的研究人员和学生24小时全天候工作,以触发雷电。一条细导线连接到火箭上作为一个导火索,诱发雷电通过所谓的等离子体通道到达接地的金属发射台。

该实验室的传感器网络帮助解决有关雷电的奥秘:例如每次雷击的独特电磁场的成因,或者一次直击将如何影响地下电缆。但触发雷电并不像想象的那么容易。

实验室共同主任弗拉基米尔·拉科夫说,每个夏天,如果学生们能触发40次雷击就算幸运的了,而其中多次触发成功可能是在同一风暴期间。五年前,雷电实验室的学生们协助作出了10年间的最大发现之一:大多数雷电都释放出X射线。今天,学生们仍在试图弄清楚其成因,通过建立新的X射线传感器网络。

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佛罗里达大学雷电研究实验室

新佛罗里达州学院秘鲁亚马逊田野课程

职业:雨林生物学家

学习内容:在45米高的树上追踪珍稀动物

新佛罗里达州学院位于佛罗里达州西部城市萨拉索塔,城市以其戏剧,艺术,音乐和美丽的海岸闻名。学院新生从大学一年级开始攀爬萨拉索塔的亚热带树木,学习进行生物多样性调查或放射性标记动物。

观察树懒的睡眠听起来是件无趣的差事,但在热带雨林做这件事“将改变你的生活”,新研究生和生物学家布赖森·沃林说。他本科时曾在巴拿马追踪树懒,现在为马克斯普朗克鸟类研究所收集数据,有助于解开人类睡眠的奥秘。

世界上一半以上的陆地物种生活在树上,其中许多从来没有接触地面。不幸的是,大多数科学家从来没有离开地面,树冠攀爬的先驱和生态学家梅格·洛曼说,这也就解释了为什么科学家已经有记录在案的林冠不到2%。因此,新佛罗里达州学院培养就从爬树做起。

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新佛罗里达州学院秘鲁亚马逊田野课程

密苏里科技大学煤矿实验室

职业:爆破和焰火设计师

学习内容:爆破、设计、制造焰火

密苏里科技大学(密苏里理工大学)主要致力于采矿和冶金方面的研究,采矿工程学科排名全美第二。

在这里,学生可以学习如何爆破建筑物,设计烟花,从石场壁上平滑地炸掉片石,在摇滚音乐会上燃放烟火,并为电影施放火焰特技。该课程的筛选过程严格程度可以与美国中央情报局媲美。考生必须提交一份详尽的背景审查材料,非美国公民可能还要通过烟酒火器局审查。

密苏里科技大学还设有炸药工程的科学硕士学位,是美国该类别的首个正式课程。科学硕士的课程包括从聚能装药、能够在金属上切割或打孔小型精密炸弹,到军事中的爆炸缓和技术,再到为了更好地采矿而改变地震。

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密苏里科技大学煤矿实验室

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