氣墊鞋、泡麵裡的蔬菜包都是!源自登月計劃的10大技術,改變了我們的世界

2019.07.19 by
極客公園
氣墊鞋、泡麵裡的蔬菜包都是!源自登月計劃的10大技術,改變了我們的世界
NASA
倒推整整五十年,阿波羅11號乘著土星5號發射升空。之後的故事大家耳熟能詳,而整個阿波羅計畫留下的遺產也讓我們每個人享用至今。

倫敦牛津街上,OMEGA將櫥窗廣告最顯眼的位置換上了伯茲·艾德林(Buzz Aldrin)的海報;北京王府井裡,LEGO店面裡一進門的展示區堆滿了阿波羅11號(Apollo 11)和土星5號(Saturn V)的玩具盒。當人類首次踏足月球五十年後,登月帶來的一切,已經不僅僅存留於仰望夜空的冥思苦想或是實驗室、發射台上的如履薄冰,商業、生活、娛樂,關於登月的一切早已經在不知不覺間滲透進我們消費生活的觸手可及。(貝佐斯為何對太空情有獨鍾?

香港太空館近期舉辦的登月展覽中,擺放的太空人造型的樂高模型。
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這或許也正是阿波羅11號登月事件的魅力所在——它將冰冷的天體與技術拉近到了個體生活的溫度之畔。曾經只能透過光暈的想像和潮汐的節拍才能感知的天外之物,變成了「寧靜海」上清晰可見的溝壑山巒和人類鞋印;而看似遙不可及的科技,在實現登月途中所種下的每一處閃光,則被保留繼承成為如今生活中的必需。

例如氣墊鞋、積體電路等,這些在阿波羅計畫時期被發明或成熟運用的產品或技術,真真切切地改變了世界的模樣,隨時隨地。

為紀念登月50年,本文整理了登月「遺產」中最具代表性的十個案例,它們的存在說明一個道理:再高遠冰冷的科技,也都融化在生活的溫度之中。

積體電路

對於火箭及飛行器來說,每增加一點重量就意味著要投入更多的資金,體積、功耗也是影響航行的重要指標,在這些維度上人們總是在挑戰極限,阿波羅計畫中發射的太空船也不例外。並且,為了實現精準的控制與更快的反應,阿波羅太空船對於資料處理的速度也設置了空前的高要求。為了克服這些困難,德州儀器的工程師傑克·基爾比(Jack Kilby)拋棄了傳統的電路板設計,不在電路板上插滿電晶體和其他電子元器件,而是設計了所有元件都集成在晶片上的積體電路(由於此項對於積體電路發展的巨大貢獻,他獲得了2000年的諾貝爾物理學獎),滿足了NASA對於電腦的需求。到了1963年,美國生產的積體電路有60%都用在了阿波羅計畫上。可以說積體電路幫助NASA實現了阿波羅計畫,並且推動了電子電腦的發展。如今,絕大部分電子設備都在使用積體電路。

傑克·基爾比於1958年用鍺製成了世界上第一塊積體電路
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另外,阿波羅計畫對積體電路的需求與運用,也催化了矽谷的誕生,而矽谷孕育了如IBM、英特爾(Intel)、惠普(HP)、微軟(Microsoft)、AT&T和高通(Qualcomm)等響噹噹的科技商業公司,它們對於當今資訊時代的重要性不言而喻。

可擕式無線吸塵器

為了在月球採集地表下面的岩石樣本,NASA需要一種小巧的、獨立供電的鑽頭。機械製造公司Black&Decker負責這個專案,他們曾經發明了我們現在熟知的手持電鑽,並且在阿波羅計畫中也沒讓NASA失望,開發出了滿足探月需求的小型鑽頭與配件,更重要的是研發出一套可以減小電機功耗的程式,Black&Decker在隨後的幾年基於這套程式推出了一系列家用、醫療及工業用途的手持工具,包括名為Dustbuster無線吸塵器,然後,奠定了現代可擕式無線吸塵器的模樣。在此之前,吸塵器的樣子都是又大又笨,當出現瑣碎的垃圾或髒物時人們常常懶得拿吸塵器出來,Dustbuster改變了這一切,吸塵器也可以變得如此小巧、趁手。到了今天,我們身邊家用無線吸塵器與車用吸塵器的應用都因之受惠,是值得信賴的家居幫手。

生活中無線吸塵器的應用
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電腦斷層掃描

當初為了檢查火箭與登月飛行器零部件的結構是否完整,NASA開發了一種圖像增強技術,能夠觀察到被研究物體表層和結構上的細微變化,後來化妝品公司雅詩蘭黛也利用這項技術對其產品效果進行評估,因為他們發現這項技術也可以觀察人的面部。再到後來,這項技術還被應用到電腦斷層掃描、核磁共振成像、X光照射、顯微鏡檢查等醫療技術,另外在工業製造領域也有相關的應用。

現代的電腦斷層機
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氣墊式運動鞋

現在低下頭,觀摩一下你腳踩著的運動鞋,想不到它也是阿波羅計畫衍生出來的產品吧?然而事實就是如此,今天的氣墊式運動鞋基本上都採用了當時用來製造太空服的「中空吹塑成型」工藝。當初,阿波羅計畫的工程師為了創造出更能耐受撞擊與壓力的航空服,發明了將耐壓材料加熱軟化,放在模具裡,向其中吹入高壓並利用空氣壓力將材料均勻制型的製造技術,即「中空吹塑成型」。

到了1977年,前NASA航太工程師弗蘭克·魯迪(M. Frank Rudy)想到將這種工藝應用在運動鞋中,不僅可以提供良好的避震性,還能使鞋底受力更加均勻。他曾向愛迪達推銷這種「尖端」的技術,但似乎受到了對方的懷疑與拒絕,然後他轉向了勢頭正盛的NIKE公司,而NIKE接受了這一技術提案,製造並推廣了氣墊式的運動鞋。到了今天,你在NIKE的貨架上還能看到命名為「登月」系列的跑鞋,只不過並不主打氣墊科技,更像是一種名義上的致敬。

採用覆蓋全腳掌氣墊的 Air Max 720 NIKE鞋
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這種「隨地可見」的產品好像一直在提醒著人們:曾經登月還是無數人高不可攀的夢想,而現在一些用來實現這個夢想的科技,已經被人們踩在了腳下。

太陽能電池板

現代化的太陽能電板也在阿波羅計畫中成為了成熟、可靠的能源技術,這種可持續的能源使得衛星和月球車能夠源源不斷地從太陽輻射中獲取能量,極大限度地提升了機器服役的時間。太陽能電板現在廣泛應用在計算器、街燈、衛星、探測器以及部分辦公樓、住宅的供電系統中。值得一提的是,蘋果公司作為極力宣導使用綠色能源的科技公司,在2014年就宣佈其資料中心均已採用可再生能源供電,包括坐落在世界各地的龐大太陽能電池板陣,另外,蘋果公司的全球總部Apple Park整棟建築也採用了清潔能源,其中大部分源自佈滿樓頂的太陽能電池板。

Apple Park鋪設的屋頂太陽能裝置,總功率達到17兆瓦
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燃料電池

近年來新能源汽車逐漸進入人們的視野與購買清單裡,除了以特斯拉(Tesla)為代表的電動汽車,有時也能看到傳統車廠推出了燃料汽車的新聞,豐田Mirai、本田Clarity都是已經面世量產的產品,作為新能源動力,燃料電池兼顧傳統電動能源可再生與燃油動力續航強補充快的優點。這項或許代表著未來新能源汽車方向的技術,在阿波羅計畫之前的NASA雙子星計畫中就得到了應用,用來代替巨大、笨重且效率低下的蓄電池,但這種超前的技術還不夠穩定,當時火箭的逃生系統也不夠成熟,執行任務的太空人需要承受了極大的壓力與風險,好在這為後來的阿波羅計畫鋪就了科技基礎。到了阿波羅計畫時期,燃料電池成為了真正可信賴的動力源泉,從968年到1972年,阿波羅計畫全部11次載人任務中都使用了燃料電池,這套能源系統沒有出現任何事故。

阿波羅13號上的燃料電池
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消防衣

浩大的阿波羅計畫並不是一帆風順的,就在第一次載人任務阿波羅1號例行測試時,機艙內因為莫名的原因發生火災,三名太空人便全部不幸遇難。之後,NASA為了進一步保護太空人的安全,委託美國孟山都公司研製出一種名為「Durette」的聚合物紡織品,具備高指標的防火性,隨後NASA又組織Scott Aviation公司研發了包括氧氣面罩、氧氣罐、傳輸導管、鋁制架構的輕型呼吸系統,今天主要的呼吸面罩仍然參考了這套系統的部分設計。這些「事後諸葛亮」發明的消防裝備,不僅給予後來太空人存活的保障,也保護了現代社會中無數搶救火場的消防員的人身安全。

身著消防衣的消防員
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搖杆/滑鼠

搖杆不是NASA發明的,20世紀60年代,控制搖杆就被廣泛應用在無線電飛機模型玩具中,在阿波羅計畫裡NASA採用搖杆來控制月球著陸器與月球車,一方面印證了搖杆這種控制工具的便利與可靠,另一方面這也像是一種大玩具式的浪漫,就像伊隆·馬斯克旗下公司The Boring Company的超級高鐵(Hyperloop)專案中,工人們手持XBOX遊戲機控制鑽掘機挖掘隧道的情景。

曾在RR拍賣公司拍賣過的阿波羅15號登月艙控制搖杆
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除了搖杆這種有趣的控制方式,還有一種控制工具也在阿波羅計畫中出現過身影,那就是滑鼠。眾所周知滑鼠的發明者是道格拉斯·恩格爾伯特(Douglas Engelbart),他在阿波羅計畫時期正是NASA屬下的一名工程師,他想到用「點擊控制」的方式取代鍵盤,並製作了滑鼠的原型機——一個帶有1個按鈕和2個輪子的木盒子。

道格拉斯·恩格爾伯特拿著他的滑鼠原型機
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石英鐘

像登月這樣複雜的航太活動,對於時間精確度的要求也是非常之高,在關鍵的時刻分秒之差或許會釀下無可挽回的錯誤,阿波羅計畫的工程師們對此耿耿於懷,並委託General Time公司製作精密的時鐘儀器,並基於它推算整個任務的大小時間節點。最終,這群美國工匠雖然不是首先發明了石英鐘,但他們製造的石英鐘有著當時全世界鐘錶儀器裡最精確的表現,一年時間的誤差僅為1分鐘。之後伴隨著美國矽谷的崛起,這種依賴微電子技術的鐘錶借助其越發低廉的成本,一點一點地侵蝕著傳統機械手錶的市場,最終在日本鐘錶廠商手中發揚光大,掀起了鐘錶業的石英革命。今天,大多數平價鐘錶都使用這種廉價又準確的鐘錶技術。

1969年精工生產的Astron手錶機芯,它是世界上第一款採用石英鐘技術的手錶
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脫水蔬菜

月球是目前為止人類去過最遠的地方,成功登月的阿波羅11號執行任務花費了8天的時間,這段時間如何儲存太空人的食物?聰明的NASA工程師想到將新鮮的食物冷凍並脫水乾燥,以此延長食物的保質期,並能大幅較少重量,一般來說經「冷凍乾燥技術」處理後的食物重量約為原先的20%,最後一點,還能保留約98%的營養成分。再一次沒有想到,在最將就的食物之一泡麵裡,附贈的蔬菜包一開始竟然是為登月準備的。

速食麵包裝內常見的蔬菜包
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這一切值得嗎?

阿波羅計畫帶來的收益似乎難以估計,但整個計畫耗資254億美元是非常明確的(根據GDP平減指數調整通貨膨脹率,其耗資換算到2018年的美元約為1530億),面對如此巨額的經濟代價,就有如1970年贊比亞修女瑪麗·尤肯達(Mary Jucunda)寫給NASA的信一樣的質疑聲,「為什麼地球上還有那麼多孩子吃不上飯,卻還要為遠在火星的項目花費數十億美元?」在NASA擔任科學副總監恩斯特·史都林格(Ernst Stuhlinger)很快回了信,那封著名的「為什麼要探索宇宙?」。

阿波羅8號在月球軌道拍攝的地球,這張照片也被恩斯特·史都林格附在了回信上
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「太空旅行無可置疑地是一項充滿挑戰的事業。通往火星的航行並不能直接提供食物解決饑荒問題。然而,它所帶來大量的新技術和新方法可以用在火星項目之外,這將產生數倍於原始花費的收益。」

正如他所言,阿波羅登月計畫除了上面列舉的十項產品和技術外,根據2015年NASA的統計,還催生了超過1800項衍生品,美國斯坦福大學航空航太工程系教授哈伯德(Scott Hubbard)曾經指出,政府每往宇航專案中投入1美元,就可以產生7到8美元的價值。隨著時間的推移,由這些科學技術轉化的經濟效益與社會影響,或許越來越難以衡量,但毫無疑問的是,登月是人類歷史上最偉大的技術成就,並在一定程度上改變了人類發展的軌跡。

最後

阿波羅計畫的意義,遠不止上述。如果你細心觀察世界的各個角落,會發現很多與之呼應的細節,在科技圈尤是如此。比如微信(WeChat)啟動頁的地球圖片,那張人類拍攝的第一張地球全景圖,就是在阿波羅17號執行任務時捕捉下的動人瞬間。還有賈伯斯(Steve Jobs)曾說被一本六、七十年代的雜誌影響了自己,那本名為《全球概覽》的雜誌大量引用了阿波羅飛船拍攝的宇宙照片,第一期與最後一期封面同樣是阿波羅17號拍下的地球全景圖,後來,在iPhone預設壁紙選項中,也總有一張相似的地球全景照片。

2017年極客公園創新大會演講台上的伯茲·艾德林
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在著名動畫影片《玩具總動員》中也有阿波羅計畫的「遺產」,經典的巴斯光年(Buzz Lightyear)角色的創意取自阿波羅11號的太空人伯茲·艾德林,哦對了,當年登月時那枚著名的腳印就是他留下的,前年他也來到了極客公園創新大會的現場,與我們分享了他親歷的登月冒險與他眼中的未來太空。

超前的技術革新、全領域基礎科學的進步、以及令無數人振奮的精神勢能……如此等等,就是登月計畫給現在的我們帶來的變化與影響,相信在未來相當長的一段時間,「登月」帶給的力量仍將持續作用在我們每個人身上,借用巴斯光年的名言,願我們一直向前:「飛向宇宙,浩瀚無垠!(to infinity and beyond)。」

本文授權轉載自:極客公園

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