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中外科学家发明家丛书_多人【完结】(191)

  在阿波罗登月计划后期,许多人认为继续登月是一种浪费,美国决定把 所余“土星—V”的第三级改制成空间站,取名“天空实验室”,用火箭把它 送入地球轨道,再用阿波罗飞船作交通工具。

  1973年5月14日,“天空实验室—1”发射成功,它总长36米,最大 直径6.5米,总重82吨,先后接待过三批宇航员,进行了270多项科研试验。 空间站既是多学科综合实验室,又是载人的多用途人造卫星,在拥有有效的 空间运输系统以后,轨道空间站将是今后空间科学技术的重要发展方向。

  离开水面行驶的船——气垫船

  (1959年)

  船是人类历史上最古老的一种交通工具。它大体经历过独木船、木筏、 竹筏、木结构船、钢铁结构船这几个发展阶段。船在漫长的发展史上,为人 类做出了很大贡献。可是到了20世纪50年代,船的航行速度却远远地落后 于车辆、飞机等交通工具。据统计,在20世纪的前50年里,飞机的速度提 高了20多倍,汽车的速度提高了4—5倍,而船的速度只提高了一倍多。

  如何大幅度地提高船的速度呢?经过长时间的研究探索,人们终于提出 了“把船体提高,让船彻底离开水”的设想。这是对“船在水中行”这一古 老观念的新突破。

  但有没有办法让船彻底离开水面呢?

  20世纪40年代,高速轻型内燃机、燃气轮机、喷气技术的发展,为实 现上述设想创造了有利条件。

  英国人科克雷尔,是世界上第一个把上述设想建立在科学的理论基础之 上的人。

  1950年,科克雷尔开始经营造船业。他发现有两个因素大大地降低了造 船的性能:一个是船壳的阻力,一个是波浪的阻力。他想:“如果我能把船 壳做成空气船壳,例如使船体和水面之间有一层薄薄的空气,船壳的摩擦就 不存在了。”

  1953年,科克雷尔系统地提出了气垫理论,科学地论证了在船底用压缩 空气形成气垫来提高船体的可能性。1956年,他造出了一艘试验船。1959 年,人们运用这一理论成功地造出了世界上第一艘载人气垫船。

  这艘气垫船长9.15米,宽7.32米,船体用钢性材料制成,是椭圆形, 总重3.855吨。船上装一台435马力的发动机,发动机带动一部风扇,风扇 上方有进气口。当发动机转动后,被抽进的空气经进气口、风扇、气道从椭 圆形船体的周围边缘和底部的各个喷气口喷射出,一部分到船底,一部分在 船底周围形成射流气幕。这个射流气幕在船底周围把船底的空气围住,减少 空气的大量流失,因此,船底能形成空气的气垫。气垫将船托起,使船体离 开水面,约23—30厘米。空气经管道喷出形成推动力。船速最高可达每小时 46公里。

  1959年7月23日,这艘气垫船横渡了英国怀特岛西北面5公里宽的索 伦特海峡。7月25日,科克雷尔等3人乘气垫船横渡英法之间的多佛尔海峡。 他们从南岸的加来出发,用2小时零3分钟驶过38公里宽的海面,安全地抵 达了北岸的多佛尔。

  利克雷尔气垫船的试航成功,实现了船离开水面航行的设想,宣告诞生 了一种新型交通工具。这之后,很多国家都积极研究气垫理论,制造气垫船。 目前世界上已出现了数百艘气垫船,在交通运输上发挥着重要作用。

  激光器的发明和应用

  (1960年)

  激光的出现是本世纪60年代最重大的科学技术成就之一。它以其高亮 度、高方向性、高单色性、高相干性等突出特点,得到了广泛的应用,并在 科学技术的许多重大领域开辟了新的生长点,引起了革命性的变化。

  1916年,爱因斯坦发表了《关于辐射的量子理论》一文,首次提出了受 激辐射的概念。按照这个理论,处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两 个能级之间能量差的光子的作用,将转变到低能态,并产生第二个光子,同 第一个光子同时发射出来,这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大, 而且是相干光,即两个光子的方向、频率、位相、偏振都完全相同。

  随着量子力学的建立和发展,人们对物质的微观结构及其运动规律有了 更深入的了解,微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等也得到了更有力的 证明,这就在客观上更加完善了爱因斯坦的辐射理论,为激光的产生奠定了 理论基础。40年代末,出现了量子电子学,它主要研究电磁辐射与各种微观 粒子系统的相互作用,并从而研制出相应的器件。这些理论和技术的进展, 都为激光器的发明准备了条件。

  1951年,美国物理学家珀塞尔和庞德在核感应实验中,把加在工作物质 上的磁场突然反向,结果在核自旋体系中造成了粒子数反转,并获得了每秒 50千赫的受激辐射,这是在激光史上有重大意义的实验。

  1954年,美国科学家汤斯和他的助手戈登、蔡格一起,制成了第一台氨 分子束微波激射器。这台微波激射器产生了 1.25厘米波长的微波,功率很 小,但它成功地开创了利用分子或原子体系作为微波辐射相干放大器或振荡 器的先例,因而具有重大意义。差不多与此同时,苏联的巴索夫和普罗霍洛 夫以及美国马里兰大学的韦伯,也分别独立地提出了微波激射器的思想。

  由于微波激射器的成功,使人们进一步想到,如果把微波激射器的原理 推广到光频波段,就有可能制成一种相干光辐射的振荡器或放大器。生产和 科学技术发展的需要,也推动科学家们去探索新的发光机理,以产生新的性 能优异的光源。


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