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登陸月球跟我們有什麼關係?阿波羅計畫留下的科技遺產

Rock Sun
・2019/07/20 ・5598字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 500 ・六年級

「這是一支太空筆,因為太空沒有重力,所以科學家設計了這支特別的原子筆。」

「教授,那他們為什麼不用鉛筆呢?」

這是來自於知名電影「三個傻瓜」的中的橋段,雖然在電影最後我們得到了為什麼不用鉛筆的答案,但是「太空筆」仍是在這部電影口碑爆棚的時候,成了大家耳熟能詳的太空科技⋯⋯但太空科技和我們之間的距離,難道只有筆嗎?

1962 年,美國甘迺迪總統在萊斯大學的登月演說中曾說「我們決定在這十年間登上月球並實現更多夢想,並非它們輕而易舉,而正是因為它們困難重重。(We choose to go to the moon in this decade and do the other things, not because they are easy, but because they are hard)」你或許對這段話有些印象,但很少人會再記得下一句話:「因為這個目標將促使我們實現最佳的組織和挑戰現有的能力和技術(because that goal will serve to organize and measure the best of our energies and skills)」於是我們也跟著仔細想想,在當時要完成這個目標的美國,需要多少的新技術呢?

從1950年代開始的太空競賽,可能是歷史上數一數二離我們最近、有大量新科技被研發的時代。就讓我們在登陸月球50週年之際,來從 NASA 科技交換及商業辦公室(NASA’s Office of Technology Transfer and Commercialization)的報告中,一起來認識這 17 樣你現在習以為常,但其實是因為阿波羅計畫而誕生或進步的科技吧!

太空科技讓體育相關用品變得更好

穿著太空人款的運動鞋追趕跑跳碰?

大家對登月最大的印象,可能就是留在月球上永恆的腳印(有趣的是~留下這個印子的嚴格來講是靴子的外套殼),但是這個腳印可得來不易。

登月太空人所穿的登月靴在當時是非常革命性的設計,因為要在只有1/6重力的月球上活動,太空人的鞋子需要比在地球上具有更好的穩定性和吸收衝擊的能力,不然在月球上走路會非常的難以控制,太空人輕輕一碰可能就會失足跌倒。

阿波羅11測試過程中,阿姆斯壯在練習穿著太空衣爬樓梯。(圖片來源:NASA)

一位叫Al Gross的NASA工程師想到了方法,他把靴子足弓和腳跟的材料,從原本的熱塑性塑膠換成了泡棉,大量的降低了走路時的反作用力,同時「吹氣成形」這個主要跟玻璃聯想在一起的技術,也開始用在製作鞋子外殼和太空衣上,打造出一體成形的裝備,去除太多零件可能會受力不均勻而損壞的風險。

之後很多的鞋子製造商採用這種類似的技術,為各種運動打造出適合的運動鞋。

NASA 開的天窗

你有沒有想過,那些天頂可以開闔的大型運動場館,天花板會不會很重?

在 NASA 研發的眾多太空衣全新技術中,有一種由Birdair 公司開發的聚酯纖維,特色是每平方公尺只重1.5公斤,比鋼鐵還強韌,除此之外纖維還是半透明的,具有反射部分光線的能力。

美國休士頓的信賴球場(現在的美式足球NRG體育館) 是全世界第一個運用了可開闔式天頂的美式足球運動場,天花板就是這種材質。(圖片來源:維基百科)

這種材料剛好適合用在這種大型天頂上,讓場地不只可以享有自然光,還能兼顧照顧草地,外層還能再加一層鐵氟龍塗料更進一步加強纖維對濕氣、高低溫的抗性,減緩屋頂被風化、裂解的速度,而且價格低廉又施工快速,可以撐20天以上,比同類型材料還要省30%,在歐美這些室外運動場林立的地方,如網球場、美式足球場,還有長期的半開放室外展覽會場一直到現在都大量使用這種纖維喔~

不靠魔法如何移動體育館內的7000個座椅?

在阿波羅計畫中,有很多麻煩的大東西需要到處移動,又要盡量減少碰撞,例如火箭引擎、太空艙、衛星……等等。不能單純的只靠卡車運送,所以 NASA 和通用汽車在阿波羅計畫之間針對如何移動大型物體做了很多的研究,包括利用簡單的氣墊就能把東西架高,輕鬆並安全的移動這主想法。

之後一間叫做 Rolair Systems 的公司靠著前通用汽車工程師,研發了一種稱作氣動升降技術,他們成功靠著氣墊技術輕鬆移動夏威夷體育場內將近7000個座椅,只要一次操作就可以輕鬆移動很多東西,而且也相當安全,或是例如以下倫敦體育館的影片,也是使用類似技術喔~

守護太空人的技術,也可以保護你和地球

以前的太空裝是現在防火衣

太空競賽中免不了失敗,記取慘痛的教訓,阿波羅1號的悲劇就是這麼一個例子。阿波羅1號於1967年1月27日的一次例行測試中指揮艙發生火花,因為當時艙內都是純氧的環境,所以火災一發不可收拾,造成3名太空人死亡。所以 NASA 暫停了載人計畫,決定先好好的加強一下自己,而如何應對火災是很重要的課題。

當時一間叫做孟山都的公司(對,就是那個孟山都XD)開發了一種完全防火的化學塗料纖維叫做 Durette;另外,有個和 NASA 與國家標準局共同執行的計畫,也產出了一系列輕便的飛行面具、繩索、氧氣瓶;而許多的儀器、設備則是改用鋁複合材料製作,大幅降低重量,而且設計邏輯是可以迅速拆卸。以上三個技術,全盤考慮到了太空衣、急救訓練器材、儀器設備、逃生⋯⋯等等功能,所以之後的消防員裝備都以這些技術、設計邏輯為藍本,不斷的進步

阿波羅太空人在接受太空漫步的指導(圖片來源:NASA)

保全措施罩得住

當年美蘇冷戰又太空競賽,使兩個國家把國安都當作最高要務;雖然不能公開打仗,但能勾心鬥角。

身為當時高科技中心,NASA 當然也必須具備當時最先進的防盜技術,其中一個,可能你現在會覺得很蠢,很像搞笑間諜電影的陷阱:是一種動態感測器,這種機關裝在一個不鏽鋼的管子內,設置在機密設施門口,每當有莫名人士踩到這個經過特殊設計的地磚,就會有警報通知保全,之後包括銀行、工廠、住家都能移植這種防盜機制,還有博物館業會安裝這種系統在展示櫃上,已防止有人偷拿展覽品。

當時要訪問太空人,連NASA自己的攝影師都要進行血液檢測,來確保沒有間諜(圖片來源:NASA)

食物

阿波羅太空人最好不要拉肚子,因為你和兩個隊友住在一個小小小房間裡長達8天,所以食物的消毒是一件非常重要的事。一間NASA的合約公司Caribbean Clear 開發了使用氯和溴消毒的方法,還可以依狀況替換化合物,而阿波羅計畫就是使用銀離子當做消毒系統的一部分,處理食物、殺菌、去除飲用水中的銅和藻類,讓太空人在任務中還能繼續享用高品質的飲用水。

模擬地震

其中一個 NASA 急需創新的範疇,就是包括所有的實驗儀器,因為阿波羅計畫有太多第一次了~~例如有史以來最強大的火箭農神五號,之前沒有任何設備能夠模擬它的影響,如果實驗設備震壞怎麼辦?地面承受不住呢?一間叫做Wyle-3S 的公司授命要打造出一個可以模擬火箭發射等級震動、衝擊的設備,來模擬農神五號發射時的狀況。這種設備後來變成了現在的地震實驗機,這還能怎麼衍生就無可限量了~ 現在所有公共交通,包括設計火車軌道、貨車、高速公路設計都需要做類似的實驗,還有就是防震建築的研究,來找出更有效率打造日常設施的方法。

農神五號第一級火箭@NASA 斯坦尼斯航天中心(圖片來源:NASA)

為了去太空,地球上的醫藥得更進步

心律調節、即時檢測、隨時保護太空人

整個太空人計畫中,如何了解太空人的身體健康,並即使在幾萬公里外也能發動救援,是很重要的一件事。NASA 與許多的醫療器材公司聯合開發了各種不同的儀器,包括迷你版的心肺復甦裝置,能夠檢測心跳、並在需要的時候給予電擊;還有新型的心律調節器,一反之前只有固定頻率的設計,現在可以自由調整,來檢測太空人的狀況。

電腦斷層掃描(圖片來源:NASA)

去除人體內有害物質

其中一個大家對於太空人生活的印象可能是要喝自己的尿⋯⋯過濾回收後製成的水。其實這原本是由 NASA 和 Marquardt Corporation 合作開發的一個技術,目的很簡單,就是要從液體中移除有害物質。

而之後整個透析技術發展成了現代的洗腎、過濾系統。

冷酷的好點子

阿波羅計畫中,測試、火箭發射時都有可能會有高溫、甚至發生火災的狀況,為了讓太空人能夠應對並且取得時間逃離,NASA 研發出了一套水冷式服裝系統,之後發展成了裝甲車駕駛、消防員、和賽車手的標準配備。

水冷式衣服甚至還有醫療價值,包括輔助多發性硬化症、先天沒有汗腺或是對太陽光過敏的病患,還有研發出了協助檢測癌症的水冷式胸罩。更有趣的是~一樣的技術還可以加強了賽馬的表現,使用的冷卻墊可以讓馬匹降溫4~6度,讓牠們更好發揮實力。

阿波羅11號的後備組員吉姆·洛維爾和弗萊德·海斯正要僅行高度測試(圖片來源:NASA)

不多不少、準確使用藥物

去太空,一公克都是累贅,燃料能省要則省。在最早期的太空計畫中 NASA 就注意到這點,與 Parker Hannifin Corporation 共同研發了一種儀器,可以更準確的控制農神火箭的燃料使用,之後太空梭計畫也是一樣他們設計的閥門來控制外燃料艙,因為這種閥門體積極小,所以取名為花生閥門。

但這跟醫療有什麼關係呢?之後 NASA 又與 Parker 開發了一個同樣邏輯,但功能完全不一樣的系統,拿來餵藥用的~靠著電腦控制、可以不斷提共如胰島素的藥物,或多或少剛剛好,不會有過量的問題。現在這種閥門也能夠在汽車內找到,功用就是回歸原始的控制燃料。

在回到地球之後,三位太空人在黃蜂號軍艦中與尼克森總統見面,但是需要待在隔離艙之內。(圖片來源:NASA)

居家阿波羅,多少日常可以追朔到登月時代?

無線設備

在太空任務中,有很多的東西需要傳遞,例如物質和訊號,但是在空間、設備複雜度有限的情況下,有些東西你其實可以不用上線路傳遞,其中首當其衝就是訊號。

根據NASA在這段時間內的技術,一間叫做 Black & Decker 的公司開發了一種無線、輕盈、攜帶式的溫度計,讓醫生作業有更大的自由度。當然還有工具,例如馬力足夠又是攜帶式的電鑽之類的工具,而沒有這些技術,國際太空站也不會出現。

無線的電熨斗(圖片來源:NASA)

石~~~鐘

你知道嗎?阿波羅11號抵達月球的時間,只比預計的的晚了幾秒鐘。

整個太空計畫都是在跟縝密的時間賽跑,一分鐘都是很大的誤差,為了這個任務,General Time公司研發了一台電子脈衝的石英鐘,一秒內石英震動4百多萬次,一年只會有一分鐘的誤差,給整個任務當作時間基準,也讓全世界的轉播都幾乎在同一個時間點上,之後校準時間變得更簡單了。

如何在月球上大興土木

你覺得阿波羅太空人從月球帶回來的岩石是地面撿的嗎?其實不只喔~ 他們還需要在上面鑽一個將近3公尺的洞,取得月球部分的表面。

為了這個實驗,太空人需要一個可以攜帶又方便操作的鑽孔機。 一樣由Black & Decker開發的鑽孔機靠著全新的技術最佳化電力消耗和馬力,猜猜看這技術後來用在哪裡呢? 這變成了手持式吸塵器的前身,一樣要轉、一樣要輕便,之後如果我們還要去火星的話,這個技術一定會在更加進步,期待之後工具越來越小。

艾德林在月球表面上準備安裝兩個實驗設備(圖片來源:NASA)

跨領域的科技,什麼都可能發生

太空數位化

為了處理阿波羅計畫中傳送的影片和照片,當時在影像分析的技術上有很大的進步,數位影像的處理讓我們可以更清楚的觀察太空人在月球上的活動細節和設備反應。

這種技術後來不只用在影像,還有MRI、電腦斷層、顯微鏡,Estee Lauder公司還衍生出了一種新用法:利用這些光影分析,來判斷保養品在皮膚上是否有效。

從月球看地球BY阿波羅11號(圖片來源:NASA)

特殊的金屬處理

太空旅行有一個東西很致命、破壞性極強的東西很常會被遺忘,那就是輻射,為了保護太空人和儀器不被輻射影響,NASA開發了一種絕緣填充物:由鋁鉑和杜邦公司的麥拉聚酯薄膜構成。

這種絕緣又具有反射功能的材料在之後很多的汽車、住家、廚房都找的到,通常被縫在金屬被毯內⋯⋯現在就是你很常看到的戶外用品材質,可以保暖、防曬甚至急救,汽車的話你可能會在引擎或排氣系統內找到它。 

NASA工程師正準備組裝農神火箭(圖片來源:NASA)

這是一隻間諜母豬

在一個豬舍中,通常15~25%的小豬在斷奶前就會夭折,造成豬農很大的損失,有時候母豬甚至會不小心把小豬壓死或是直接拒絕餵養某一隻。為了解決這個問題,一間農業機具公司Farmatic Inc 研發了一種機械豬媽媽,這個設備可以預存母奶、加熱再餵養小豬,甚至還會發出類似豬媽媽的聲音,讓豬農可以減少損失,但是這又跟NASA有什麼關係呢?看起來很不太空啊?

其實這一整套技術最一開始是阿波羅太空船內的循環系統,讓太空艙內保持正常的溫度和濕度,誰會想的到之後竟然變成豬農的好幫手呢?

母豬模擬器(圖片來源:NASA)

這些大概就是50年前,人類設下一個大目標後得到的科技,默默地爬進了我們的生活、產業中。

讓我不禁想問~ 那麼50年後~會有什麼太空科技來到我們身邊呢?50年後我們又會慶祝什麼呢?我們這些科學家、工程師們有能怎麼站到這個科技前緣上呢?

 

參考資料:

文章難易度
Rock Sun
61 篇文章 ・ 285 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者


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海豹在臺灣出現合理嗎?鼻頭漁港海豹現身事件和跟著浮出水面的反思

chungweiyou_96
・2021/10/27 ・3368字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本週(10/24)在臺灣瑞芳的鼻頭漁港首度發現一隻靠岸在本島的海豹,這個消息對很多人來說都非常的興奮!但另一方面,這隻海豹也讓一些問題跟著浮出水面:比方如何辨識海豹、海獅等鰭腳類動物?新北市動保處為何要捕捉這隻海豹?海豹出現在臺灣合理嗎?港內的垃圾如何處理?跟著本文,讓我們來一一了解!

海豹、海象、海獅、海狗,傻傻分不清楚?

在分類方面,首先我們知道鰭腳類動物(Pinnipedia)就是指這類四肢演化成鰭狀的海洋哺乳類動物,主要分布在溫帶與寒帶(但仍有少數例外,如加拉巴哥海獅 Arctocephalus galapagoensis 所分布的加拉巴哥群島就是位處熱帶)。

鰭腳類動物包含了海象、海豹、海狗以及海獅,對一般人來說確實是個挑戰。其中較好分的就是海象,擁有一對非常醒目的獠牙;其次則是海豹,海豹是沒有外耳的,後腳看起來更接近尾巴,因此在岸上移動困難;而海獅和海狗就不好分了,在分類上的定義也不夠明確(海狗是海獅類群的其中一分子),要分辨的話,普遍主要會從海獅體型較大、雄海獅有明顯鬃毛、體毛較粗等來大致區分。

環海豹。圖 / 作者提供
加拉巴哥海獅。圖 / 作者提供。

為何要把海豹抓起來?可能的原因與反思

然後就是新北市動保處為何想要捕捉這隻海豹了。這個問題大概可以拆解成以下幾項:

一、因為海豹是外來種?

新北市動保處處長在新聞稿以及鼻頭漁港現場,都說了海豹是外來種云云。

外來種的定義是「某物種直接或者間接靠人為力量抵達某原分布外的地點者稱之」;反過來說,靠自身能力(飛行、游泳、空漂、海漂⋯⋯)抵達臺灣的生物,就不是外來種。而目前經清查,各大水族館以及海洋公園等地,都說並沒有遺失海豹的情況之下,這隻在鼻頭漁港出現的海豹,就不能以外來物種的標準處置(如果有所謂的外來種處置方式的話啦)。

二、還是哺乳中的小海豹?

10 月 25 日早上,我也在鼻頭漁港現場攝影,並目擊了圍捕經過。詢問過後發現,現場所有準備圍捕海豹的人員,沒有一人知道那隻海豹究竟是什麼物種。如果有小小做點功課,至少會說可能是斑海豹或者港海豹的其中之一,但現場沒有人說出上述的任何名字。

就我個人在現場觀察和攝影,個人認為比較可能是港海豹(Phoca vitulina),但因為港海豹和斑海豹(Phoca largha)外觀相當相似,所以也不敢直接說死。

港海豹分布於亞洲、歐洲以及北美洲的溫帶和寒帶地區,IUCN 判定無危,數量穩定。如果現場人員都無法判斷這隻海豹究竟是哪個物種,要人如何相信 24 日報導中說的「專人判定是哺乳期中的小海豹」?專人是哪位?以這種不夠可信的理由想要把海豹抓起來,似乎操之過急。

那我們就來看看這隻海豹是哺乳期幼仔是否合理吧!首先,港海豹在介於 2 月到 7 月之間產仔(緯度越高越晚生),產仔之後,媽媽只花 3-4 週的時間哺乳,之後就離開寶寶讓牠獨立生存。所以假設牠最晚在 7 月出生,又哺乳長達 4 週,圍捕當天已經是 10 月 25 日,怎麼算都不可能是所謂的「還在哺乳期的個體」!

有新聞報導小海豹可能跟母豹走失。圖/NowNews

根據 Monica Muelbert 和 William Don Bowen 在 2011 年的研究[1]顯示,港海豹幼仔平均在產後 24.1±0.44 天斷奶,斷奶的當下體重為 24.9±0.45 公斤 (n=52)。鼻頭漁港的這隻港海豹雖然沒有被抓起來量體重,但目測體長約 1 公尺、體重超過 25 公斤應該是沒有懸念,怎麼看都不是哺乳期的幼仔,還腦補了跟父母走散等劇情,用意只是想合理化捕捉的動作嗎?

這次在鼻頭漁港的港海豹。圖 / 作者提供。

三、擔心小海豹在漁港內受傷?

基本上這隻迷路到臺灣的港海豹,應該視為如同迷鳥一樣的狀況。同樣是史上首見,2014 年金山小白鶴剛到的時候,動保處也沒有急著要捕捉,那為什麼這隻港海豹就要抓?在「外來種之說」以及「哺乳期幼仔之說」都有些不可靠的情況下,處長接著說因為牠在漁港內可能會被漁船或者漁具等弄傷,所以想要捕捉之後去野柳海洋世界給獸醫師檢查,再找適當的時機和地點野放。

這個理由我可以接受,但正值東北季風強盛,當天早上天氣也一直都不好,港外的浪況相當驚人,捕捉人員雖然沒有抓到港海豹,但間接把港海豹趕出港外,在這種浪況極度不佳的海象之下,是不是逼著牠去冒更多的險?漁船在這種天氣也不會出港作業,若能讓牠在港內休息幾天,也觀察幾天,等過幾天天氣好,港海豹也因為喘息幾天而恢復體力(一路從溫帶南漂到臺灣肯定非常消耗體力),再有所動作應該也不遲?

金山小白鶴。圖 / 作者提供。

後來,10/25早上離開鼻頭漁港前,動保處處長說,他們當天的捕捉行動其實也想要測試、觀察港海豹的行動能力。看起來牠逃走的時候很正常,游泳的速度也是非常快,應該是健康無虞的個體。

港海豹出現在臺灣合理嗎?

至於港海豹出現在臺灣到底合不合理?要回答這個問題之前,要先知道一個概念:動物在某地點族群數量變多,新的個體競爭不到資源(或者數量沒變多,但環境品質劣化導致資源減少)時,就有可能冒險向外拓展新領地。

如果是海豹,在這個過程中,就有可能被強大的洋流帶往意料之外的低緯度地區,比方沖繩和越南都有發現過海豹的紀錄。至於臺灣的部分,昨晚看到李璟泓(里山基金會發起人)學長挖到一則老新聞,說 1957 年 8 月就有漁船在臺灣海峽撈到海獅(但其實比較像海豹);2013 年 6 月,蘭嶼東清灣海灘上也曾發現了一隻斑海豹屍體;所以此事件並不是完全沒有前例可循,在試圖妄下結論之前,真的要先花時間找資料啊。

1957年的報紙新聞。圖/取自國立公共資訊圖書館。

番外篇:港內垃圾怎麼那麼多?

再來就是港內的垃圾問題了。在港海豹離開後,已經有工作人員清理了鼻頭漁港內的垃圾,效率很高。大家看到海豹照片的時候,大多都會順便譴責一下垃圾過多的問題。

我也同意港內垃圾必須清理,但這個問題並不是當地人維持乾淨、不亂丟垃圾就能解決的。海洋四通八達,你在某地海邊撿到的垃圾有相當機會其實是遠方其他地區的人丟棄的。這是個相當大的議題,希望大家除了譴責當地人以外,有機會也可以幫忙參加淨灘活動。

鼻頭漁港的海豹與垃圾。圖 / 作者提供。

最後也想特別討論一下,大家如果遇到不熟悉的野生動物該如何應對。每個人對於動物的認識程度不盡相同,總有機會遇到一些自己不認識的動物。建議大家如果遇到不認識的動物,首先務必保持冷靜、安靜,並仔細觀察,記下特徵;如果有機會,就拿出手機拍攝一些照片。取得照片後安靜的離開遭遇動物的現場,讓雙方皆留有一些空間,千萬不要試圖捕捉或者攻擊,除了有犯法之虞,也可能弄巧成拙反而被動物攻擊!

後續,你可以主動搜尋一些管道尋求辨識協助,比方如果你看到的是一隻不熟悉的青蛙,可以有禮的請教一下臺灣兩棲類動物保育協會,以此類推,就看你看到的是哪個類群動物,找相關團體請教即可。甚至,現在社群網路如此發達,你只要 po 在自己的版面上,就有人會幫忙轉貼至各大相關版面,進而獲得解答。你的照片,或許還有可能協助研究者有新的發現!

總之,先觀察、後拍攝,最後安靜離開,就是標準遭遇不熟野生動物的 SOP 囉!

當然最後還要補一句,可以跟上百年難得一見的港海豹來臺事件,真是高興!榮幸!萬幸!Cheers!

參考資料

  1. Monica Muelbert, William Don Bowen, Duration of lactation and postweaning changes in mass and body-composition of harbor seal, Phoca-Vitulina, pups, 2011

chungweiyou_96
952 篇文章 ・ 245 位粉絲
大家好,我最喜歡的類群是兩棲爬行類動物,但基本上對於所有動物的神奇和美麗都是無比嚮往。
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