WEBVTT

00:00:06.045 --> 00:00:11.105
当你想象一架宇宙飞船时，
你的脑海中可能会出现它

00:00:11.136 --> 00:00:12.855
或者它，又或者它

00:00:12.871 --> 00:00:14.377
它们有什么共同之处呢？

00:00:14.377 --> 00:00:19.456
总的来说，它们十分巨大，
因为它们需要载人，需要装载燃料

00:00:19.456 --> 00:00:22.758
还需要装载各种各样的补给品
和科学仪器

00:00:22.758 --> 00:00:26.414
甚至，在非常时期
装载毁灭星球的镭射激光

00:00:26.414 --> 00:00:31.231
但是从现实世界的角度来说，
下一代的宇宙飞船可能会变得非常非常小

00:00:31.231 --> 00:00:35.403
我所说的小，
是指小到可以直接放进你的口袋的程度

00:00:35.403 --> 00:00:40.708
想象把一大群这样的微小型航天器
发射到宇宙的星系中去

00:00:40.708 --> 00:00:43.215
它们可以通过自身携带的复杂的点子感应器

00:00:43.215 --> 00:00:46.331
来探索遥远的恒星和行星

00:00:46.331 --> 00:00:50.027
他们能测量任何东西，从温度到宇宙射线

00:00:50.027 --> 00:00:51.792
仅仅需要发射一次航天器，

00:00:51.792 --> 00:00:54.886
你就能够操控数以万计的微小型航天器
飞向太空

00:00:54.886 --> 00:00:57.229
这极大地增加了

00:00:57.229 --> 00:01:00.058
我们能够在宇宙中采集的数据量

00:01:00.058 --> 00:01:02.364
而且，作为单个个体来说，他们可以算是消耗品

00:01:02.364 --> 00:01:04.715
也就是说，我们可以把它们送到那些

00:01:04.715 --> 00:01:08.468
造价高昂的火箭或者探测器
不能冒险探测的环境中去

00:01:08.468 --> 00:01:13.421
几百个小型航天器其实已经在绕地球轨道飞行了

00:01:13.421 --> 00:01:14.960
它们拍下外太空的照片

00:01:14.960 --> 00:01:16.436
收集各类数据

00:01:16.436 --> 00:01:19.868
比如地球大气层中细菌的行为特征

00:01:19.868 --> 00:01:23.177
还有发射磁信号来帮助预测地震

00:01:23.177 --> 00:01:28.477
但是设想一下，如果它们可以飞出地球轨道，
那我们将会收获多少东西呀！

00:01:28.477 --> 00:01:32.393
这就是许多组织，比如说
NASA（美国国家航空航天局），想做的事情

00:01:32.393 --> 00:01:36.334
发射微小型航天器去探索适合居住的星球

00:01:36.334 --> 00:01:41.161
或者描述在地球上无法研究的天文现象

00:01:41.161 --> 00:01:45.924
但是这么小的航天器
难以装载大引擎或者数以吨计的燃料

00:01:45.924 --> 00:01:48.841
那它要以什么动力向前推进呢？

00:01:48.841 --> 00:01:53.744
原来，对于微小型航天器来说，它需要的是

00:01:53.744 --> 00:01:55.602
非常轻微的微型推力

00:01:55.602 --> 00:01:58.597
有些人们熟知的物理学知识
并不能应用在它们身上

00:01:58.597 --> 00:02:02.934
举例来说，每天牛顿力学体系都在崩塌，

00:02:02.934 --> 00:02:06.982
许多平常被我们忽视的力变得无比强大

00:02:06.982 --> 00:02:11.089
这些力之中就包括表面张力和毛细引力

00:02:11.089 --> 00:02:13.698
还有那些其他小事上体现出来的现象

00:02:13.698 --> 00:02:19.412
微推进系统可以利用这些力量
来供微小型航天器使用

00:02:19.412 --> 00:02:21.636
关于这方面，我们可以举个例子

00:02:21.636 --> 00:02:26.251
叫做微射电流喷射推进

00:02:26.251 --> 00:02:28.214
这是一种离子推进器

00:02:28.214 --> 00:02:32.686
它可以通过喷射带电离子来产生动能

00:02:32.686 --> 00:02:36.338
NASA喷气推进实验室设计的一个模型

00:02:36.338 --> 00:02:39.485
只有几厘米大小

00:02:39.485 --> 00:02:40.813
让我们来看看它的工作原理

00:02:40.813 --> 00:02:46.199
那张邮票大小的金属板上覆盖着一百根纤细的针

00:02:46.199 --> 00:02:50.631
并且由一层低熔点的金属覆盖着，
比如说铟（第49号元素）

00:02:50.631 --> 00:02:53.589
一张金属网将位于这些针的上方

00:02:53.589 --> 00:02:57.579
并且一个在金属网和金属板之间
将会建立一个电场

00:02:57.579 --> 00:03:00.752
当金属板被加热的时候，铟就会融化

00:03:00.752 --> 00:03:04.966
随后毛细引力将液态的铟吸到针尖

00:03:04.966 --> 00:03:08.116
电场将融化的金属向上拖

00:03:08.116 --> 00:03:10.910
而表面张力则将融化的金属向下拉

00:03:10.910 --> 00:03:14.210
使铟变形成为圆锥状

00:03:14.210 --> 00:03:16.428
针尖极小的半径

00:03:16.428 --> 00:03:21.181
让电场力得以克服表面张力

00:03:21.181 --> 00:03:22.589
而当电场力克服表面张力时

00:03:22.589 --> 00:03:28.790
带正电的离子将以数万公里每秒的速度喷射而出

00:03:28.790 --> 00:03:33.828
由牛顿第三定律可知，

00:03:33.828 --> 00:03:35.941
这束离子流将推进航天器向相反的方向前进

00:03:35.941 --> 00:03:38.926
尽管每一个离子都是极其小的粒子

00:03:38.926 --> 00:03:42.734
但是无数个离子联合起来推动航天器的力量

00:03:42.734 --> 00:03:46.339
足以形成强有力的加速

00:03:46.339 --> 00:03:49.356
比起那些火箭引擎排出的大量气体

00:03:49.356 --> 00:03:53.373
这股离子流要小得多，而且也更省燃料

00:03:53.373 --> 00:03:57.745
这也让微小型航天器
更加适合长时间的外太空任务

00:03:57.745 --> 00:04:01.366
这些微小型航天器还没有完全测试完毕

00:04:01.366 --> 00:04:04.513
但是很多科学家任务他们能够提供足够的推力

00:04:04.513 --> 00:04:07.690
来让小型飞船飞出地球轨道

00:04:07.690 --> 00:04:11.707
事实上，他们预计，
数以千计的微小型宇宙飞船

00:04:11.707 --> 00:04:14.013
会在十年内被发射出去，

00:04:14.013 --> 00:04:18.065
用以收集那些我们现在看来难以企及的数据

00:04:18.114 --> 00:04:21.717
这就是微型火箭科学