【独家】航天技术改变人类生活：从肌肤保养到太空育种！
宇宙不是航天部门的专属领地，而是全人类的新大陆。航天产业和商业航天企业所扮演的，可能只是船夫和运营商的角色，基于宇宙的繁荣产业，需要全社会的参与和投入。
航天技术改变人类生活：从肌肤保养到太空育种
四论航天技术民用及航天技术二次开发
文：《卫星与网络》杂志 小宇宙
如果我们说“通过阿波罗计划的科研，有效改善了全世界女性的肌肤”，可能很多人都会认为不可理喻。实际上，这是千真万确的事实。
在大多数人的印象中，航天技术往往代表着同时代人类科技所能达到的最高水平，和日常生活中鸡毛蒜皮的事情实在很难挂上钩。但是，这是一个巨大的偏见，因为在我们的日常生活中，几乎随处可见航天科技的要素和痕迹，只是人们对此知之甚少。这个偏见产生的另一个负面影响，就是让大众对航天技术的民用转化抱有高不可攀的神秘感，而失去推动航天技术民用的热情和动力。因此，我们有必要谈一谈在日常生活里司空见惯的事物中渗透的航天科技。
数字图像处理和“照相斜测法”：
女性皮肤分析的革命
在阿波罗计划实施之初，首要的问题就是如何为飞船选择一个安全而合适的着陆地点。为此，美国宇航局发射了不少无人探测器，绕着月球飞行，拍摄了大量月球表面的照片。但月球和地球不一样，月球上并不存在大气，因此也就没有地球上的大气折射现象。简单解释一下，在地球上，如果是白天，即使在阴暗的角落也不会完全没有光照，空气会把阳光折射到这些地方来。但在月球上就没有这样的折射效应，阳光所及之处，月面一片明亮，但只要有一点遮挡，就什么也看不见了。
月球上有巨大的岩石，有高高的环形山和深深的空谷。山的背面和空谷的深处，都是阳光照射不到的地方，用传统的照相测量技术，很难为这些地方绘制出精确的地图。这不但给阿波罗飞船的登陆地点选择制造了大麻烦，也是宇航员徒步勘测和开车的路线规划要面对的最大困难。
这还不是问题的全部。在阿波罗计划早期，探测器和地球之间的通信还是模拟式的。而太空充斥着各种电波和射线，电子设备本身也会产生噪声。地球上收到的月球电子图像往往是扭曲变形的，什么也看不出来。
于是，美国宇航局喷气推进实验室的科学家们开发了一种计算机图像处理技术。首先是把模拟图像数字化，通过计算机处理，还原成可以识别的图像。然后开发了所谓的月球照相斜测法，可以把阴暗的、阳光照射不到的地方也测绘出精确的地图来。
那么，这和女性的肌肤有什么关系呢？
人类的皮肤虽然看起来很光滑，但是如果放在高倍率的放大镜下观测，一样布满了皱褶、起伏和沟壑。人的皮肤会受到岁月和各种自然现象的侵蚀，比如干燥、强烈的光照、风吹等等。化妆品公司和制药公司开发了相当多的化妆品和药剂来解决上述问题，譬如保湿霜、抗皱乳霜等等，设法为女性保持年轻而健康的肌肤。但这些东西到底有没有用呢？很长时间里，大家都心存疑惑，甚至怀疑它们只是心理上的安慰剂。直到上世纪六七十年代，并没有一个客观的方法可以给出结论。
如果我们对待的是一只动物，那么问题就很简单，只要用解剖学的方法来处理就可以了。然而我们面对的是活生生的人，不可能从女性的皮肤上切下一块来做病理分析，必须采用无损分析方法。在传统上，所谓的无损分析方法都是经验型的，企业会组织一个专家委员会，用目视或者手指触碰的方法来得出结论。不但耗时、费钱，还完全依赖专家的主观判断。化妆品公司自己都认为，这种方法非常不靠谱。
阿波罗计划的图像处理技术进入技术转移名录后，美国KGL公司皮肤研究所的格鲁夫博士夫妇认识到了它的价值。格鲁夫夫人本人就是研究所的图像处理专家，主要工作是通过图像技术来判断化妆品公司、药品公司的新产品是否安全、有效，特别是这些产品中添加的药物成分是否符合美国法律规定。为此，夫妻俩基于阿波罗计划图像处理技术开发了一套软件。
雅诗兰黛公司也采用了类似的技术来进行皮肤分析，公司发言人说：“这套系统用一种微妙的方式来存储、增强和显示图像，用肉眼或者传统成像器材是看不到的。”它可以清晰地显示出皮肤的组织结构、粗糙程度、干燥程度、皱褶和伤痕，进行数字化的分析。按照雅诗兰黛公司的说法，这套软件可以用很低的成本来实施灵活、频繁的检查，检查结果的可信度更高。可以很可靠地为新产品的研发、筛选和营销提供支持。而传统的图像分析或者触摸分析是做不到这一点的。
人的皮肤在长期光照条件下会产生所谓的光老化，导致面部黄斑、红斑、粗糙和突起。这种变化是潜移默化的，当肉眼发现上述迹象时，再做修补可能就为时晚矣。化妆品公司和医药公司研发了一些药剂来设法延缓光老化、使皮肤恢复年轻和光滑。譬如类维生素A。但到底有没有效果呢？美国是一个商业环境相当成熟的国家，广告商如果在广告词中描述虚假效应，很可能会被罚得倾家荡产！
数字图像分析技术给出了确定的答案。格罗夫夫妇在喷气推进实验室的技术转移项目支持下，开发了一种叫做“光学轮廓测定法”的技术。用一片硅橡胶贴在皮肤表面进行倒模，凝固后用光纤照明器从侧面照亮橡胶倒模，就可以测定出皮肤的粗糙度和皱褶程度。格罗夫夫妇征召了志愿者，把她们分为两组。一组使用类维生素A，一组使用没有实际效果的安慰剂，然后不断对比她们的皮肤变化。结果证明，类维生素A是可以起到抗衰老作用的，计算机图像清晰地显示出，使用者的皮肤皱褶明显减轻了，在眼角三角区的效果尤其明显。
关于阿波罗计划和化妆品的故事，暂时先讲到这里。在我们已经掌握的航天技术当中，是不是还有哪些未被人们发现的潜力，可以让我们的女性变得更加年轻而美丽呢？所以航天技术民用开发，真的是一件值得鼓励并为之努力的事情。
来自阿波罗计划的电动螺丝起子
上面谈到了航天技术对女性的帮助，我们再来谈谈男性如何从载人航天及其技术转移中获益。
男性朋友们在家要承担重型家务，比如安装、修理之类；在外要负责养家糊口，离不开各种电子信息设备。这两项工作中，都有载人航天技术的影子。
很多时候，为我们送家具上门的师傅大都随身携带着一种用充电电池供电的螺丝起子。他们把家具板材搬进居室，然后掏出电动起子。一阵嗡嗡声和忙碌之后，组装好的崭新家具就摆放在居室里了。但很少有人知道，那些在现代生活中使用率极高的电动螺丝起子，它们所采用的技术，可以追溯到阿波罗计划时代。
最早制造出充电式电动螺丝起子的，是美国著名电动工具制造商德伟公司。这家企业从上世纪50年代开始，就试图研制一种充电式的螺丝起子，用于在家中安装挡风窗一类的设施。此前在这类安装工作中，工人们必须从室内引出电缆，既不方便也不安全。在月球上也有这样的需求——可是，宇航员到哪里去找电源插头呢？
1960年代中期，随着阿波罗计划的细节逐步成型，如何在月球上采集岩石样品，就提上了议事日程。在地球上，要打碎一块岩石，一般要用上风镐。月球上当然没有这个条件。作为承包商的马丁-玛丽埃塔公司（洛克希德马丁公司的前身之一）找到德伟公司，希望后者能承担分包合同。
月球风镐不但不能依靠电缆，还要结构紧凑、重量轻，这样才能尽量节省火箭的运力。为此，德伟公司根据自己长期研制电动工具的经验和技术，建立了全新的计算机辅助设计系统。计算机辅助设计的主要工作是尽量减轻工具重量、降低马达的耗电量。经过努力，德伟公司终于研制出一种称为“阿波罗月球表面钻机”的设备。它看上去和地球上的风镐很相似，但手柄前方有一个方盒子，里面装有为马达提供动力的电池，却没有电缆。阿波罗15、16、17任务期间，宇航员们用它在月球上钻探，获得了大量浮尘下方的岩石标本。它的最大钻探深度可以达到3米，重量却只有13.4千克。
充电式电动工具技术在月球探索中得到成功应用，使德伟公司具备了新的技术能力。从那以后，这家公司先后开发出充电式电动螺丝起子、充电式吸尘器、充电式园艺修剪器等设备。相关技术的专利到期后，世界各地的电动工具厂商群起效仿，其中包括大量中国企业。著名的美国《消费者报告》杂志甚至每年还要给出充电式电动工具排行榜，指导人们采购。有趣的是，德伟公司自己却很少能登上榜首。
充电式电动工具设计的普及，不但催生了一个庞大产业，也极大地方便了人们的劳动。除了家务劳动外，高空作业的工人在很多情况下用无电缆螺丝起子就可以工作，不需要再拉电线，不仅操作方便，也减少了安全隐患。我们很难统计，全世界无电缆电动工具的年产值是多少，更难以计算它衍生出来的安全效益和经济效益。但我们可以明确指出，充电式电动工具的进步，极大地得益于阿波罗计划的推动。
笔记本电脑里的航天技术
笔记本电脑早已是各阶层人士必备的工作和娱乐工具。但是，笔记本电脑能够变得今天这样又轻又薄，离不开航天飞机和空间站研制成功后的技术转移。否则，即使把笔记本造出来，运行几分钟就会因过热而自动关机了。
载人航天器对于热控制的要求是非常苛刻的，无论航天飞机还是空间站，一面直接暴露在日光下，一面却对着深寒的太空；一方面要加热来保证宇航员生存，另一方面又要设法散去设备产生的热量。因此，它们普遍采用热管技术来控制热量，并且形成了成熟的热量控制算法。
1989年，美国宾夕法尼亚州Thermacore公司与戈达德航天飞行中心合作，在“小企业创新研究”机制框架下，获得了宇航热管技术的转让，开始研制用于个人电脑的散热系统。
热管技术的特点在于，可以把热量从一个点位置直接转移到另一个点位置。热管里流动着比热容更大的液体，它们在发热位置吸收热量，然后被强制流动到散热位置，在散热器的作用下降温，然后再流回到发热位置，往复循环。宇航用的热管系统采用的是蒸发器-冷凝器方案，它没有活动部件，不存在机件磨损的问题，可以长期在空间使用。国际空间站运行至今已经将近20年，热管系统从未更换过，可靠性极高。
在Thermacore公司的具体技术方案中，要面对的是这样一个问题：如何让一个功耗8瓦的CPU保持在90℃以下。这个功耗数据和今天的i5、i7相比，似乎微不足道，但在空间极小、无法用风扇直吹的笔记本电脑内部，已经足够让工程师们头疼了。而且笔记本电脑经常要工作在没有外接电源的环境中，多一个风扇，就少一段续航时间。
Thermacore在戈达德中心指导下，采用了一种金属粉末作为热管填料。热管把CPU产生的热量精确转移到笔记本外壳侧面附近的地方，然后再用风扇来散热。这个方案可以在任意姿态下使用，哪怕倒着拿也可以继续运行。1996年，Thermacore公司因为技术转移成功，获得了NASA的奖项。
随着计算机技术不断演进，用于电脑的热管散热技术也不断发展。如今酷睿i7 3612QM的热功耗已经达到35瓦，内存、硬盘、闪存、显示芯片等设备同样需要散热。个人电子信息设备也从笔记本发展到了智能手机、平板电脑。而热管技术继续发挥着关键性的作用，为商务人士、程序员和游戏宅男们的工作与生活提供着支撑。
太空育种带来种业变革
不仅航天技术为人类生活带来很多变化，太空空间也会造福于人类。其中最典型的就是太空育种。
如果把种子送到宇宙里去，会发生什么变化呢？早在1946年，美国就用从纳粹德国缴获的V-2火箭，把玉米种子送到距离地面146千米的高度，考察宇宙环境对它的影响，后来又实施了黑麦、棉花种子的飞行试验。在阿波罗计划期间，美国航宇局在阿波罗14号上携带了500粒树种，其中包括火炬松、悬铃木、枫香。
苏联/俄罗斯则先后在礼炮七号、和平号空间站、国际空间站的飞行中，尝试着研究太空环境对植物种子的影响。
中国掌握卫星返回技术之后，很快开展了种子实验。1987年，中国利用返回式卫星搭载农作物种子，拉开了自主太空育种的序幕。
在宇宙庞大而强烈的辐射下，几乎所有种子都发生了剧烈的变异。人们从其中选育出有利于提高产量、改善品质的性状，经过多年培育，已经开发出了相当多有价值的品种。
与争议巨大的转基因技术相比，太空育种对基因本身是不施加人工干预的。如果用投资学的理论来解释。传统农业育种就是一家小企业用自我积累的方式，不断把自己的利润积累起来，以谋求扩大再生产，成长速度是非常有限的。转基因则好比是资本收购一家企业，然后把自己的意志强加于该企业，要求它按照自己的想法成长。太空育种则是集结大量风险投资注入一个行业，同时培育一批企业，然后放手让它们自我成长，优胜劣汰，最终发展出一批成功者。
作为拥有航天返回技术和能力的国家，太空育种是一种投资少、见效快、可以长期发展的育种手段。与几吨重的飞船返回舱相比，容纳一包几千克的种子是完全可以做到的。中国从事航天育种多年来，已经取得了相当大的成绩，特别是培育出的一些蔬菜品种抗旱、抗病虫害、产量巨大，可以在几乎从不下雨的干旱地带生存下来、结出果实，为许多贫瘠之地提供了拓展空间，更为贫困农户提供了生计。
在成功经验的鼓舞下，中国还在空间实验卫星上搭载了更多品种、更大数量的种子，为中国自主种业的发展提供了很大的帮助。
上面，我们简单谈了谈航天技术和宇宙空间对我们日常生活的影响，尽管挂一漏万，但通过这些航天技术民用的案例，我们可以得到一个清楚的认识：
人类对宇宙的探索只进行了很短的时间，对宇宙资源的认识和开发还刚刚开始。如果把宇宙比喻为一座巨大的宝库，今天的人类可能刚刚迈过门槛，正在为大门上精美的纹饰所震撼，而内中的富饶和辽阔，我们尚无法想象。宇宙不但能为我们提供开拓资源的空间，也能为我们提供更加开阔的思路和更加自由的思想。社会各界应当认识到，宇宙不是航天部门的专属领地，而是全人类的新大陆。航天产业和商业航天企业所扮演的，可能只是船夫和运营商的角色，基于宇宙的繁荣产业，需要全社会的参与和投入。