智多星大進擊
化學常識
化學實作

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【太空迷航】

太空總署公開徵求有創意的「太空實驗」,希望能把某些在地球上無法進行的實驗移到太空中去做,這些研究題目經評審後確定,凡計畫能入選者將因而被選派為太空人。

智多星以一篇「無重力狀態下彈簧受力情況」的實驗計畫入選為太空人,這些入選的業餘太空人都是學有專精的科學家,但仍要經過一年儀器操作訓練及至少三個月的飛行訓練,然後這些業餘太空人將與專業太空人搭配一起飛向太空站

所有科學儀器在飛行前六到十二個月就運到太空中心組裝,所有儀器都必須符合太空人生存及操作的安全條件,許多藥劑甚至要用三層容器包住才能通過安全檢查,此外抗震、防靜電、防磁、隔音等樣樣要考慮周全,每項實驗計畫小則數百萬美金,大則數億美金,稍有閃失,不但實驗失敗,而且將對太空人的安全構成威脅。

此一太空站是一多功能的太空實驗工作站,同行的業餘太空人,每人都負責某一研究領域。有人負責由太空中拍攝地球的海洋陸地地形圖,有醫學專家專門研究無重力狀態對人體的影響,有化學家專門研究無重力狀態下晶體的培養,有生物學家專門研究太空中生物養殖的情形,專業太空人則專司太空站操作及太空梭駕駛。

每個人都努力工作而絕少娛樂,頂多就是看書、聽錄音帶,連睡覺都是關在狹窄的休息室中,把人裝在直立式的睡袋,免得在太空艙中飄來飄去。吃的東西都是像牙膏一樣從軟管中擠出來的半固體食物,雖然有各種口味可供選擇,但每個太空人莫不懷念地球香酥的炸雞,新鮮多汁的水果。最受不了的是上廁所,不但要用泵浦抽吸排泄物,而且尿液經處理後,竟然再度成為飲用水。

終於大家的實驗都告一段落了,下一班太空梭就要載送他們返回地球。每個人都加緊鍛鍊自己的肌肉,因為太空中一切的東西都沒有重量,久而久之肌肉將漸漸鬆弛,回到地球上恐怕會適應不良。很多太空人都排隊等著使用跑步機,智多星則使用他實驗用的彈簧來鍛鍊肌肉,在太空中想用啞鈴練舉重則是無效的。

揮別太空站的那一天到了,有一位太空人建議說 「趁這最後的機會,我們去做一趟太空漫步吧!」

很多人都高興地響應。「對呀,每天忙於工作, 沒好好看看這美麗的太空。」

於是大夥都穿上笨重的太空衣,自太空站走出, 太空中體驗「凌波微步」的感受,每個人身上都綁一根繩 ,等一下才能靠繩子返回太空站。

智多星則向太空站借了唯一的一部太空摩托車,跑到太空站外不遠處觀看太空梭靠站的情形,太空摩托車上配備有小型噴射火箭,可任由太空人操控。

黑暗的天空中點綴著數點星光(智多星小百科3),人在廣闊的宇宙中顯得好渺小。但目睹太空梭由地球飛到遙遠的太空中執行精密的任務,又不得不令人讚歎人類的巧思。

幾分鐘後,太空梭的機長用無線電廣播要求正在漫步的太空人返回太空站。

各太空人紛紛回到太空站,智多星也駕著太空摩托車向太空站靠近,誰知距太空站差不多八十公尺左右,突然遭遇一群宇宙隕石,以每秒五十公里的驚人速度在太空中來往穿梭,幸好智多星有太空衣的保護,但一陣撞擊之後,太空摩托車突然熄火了。智多星也不知太空摩托車是那裡碰壞了,怎樣都無法使它重新發動。他想用無線電向太空站求救,但線路也受損了,目前也無法通話。距離太空站雖然不遠,但四周空空蕩蕩走也走不過去,游也沒水可游。

親愛的讀者,在無動力的情況下,智多星要如何才能返回太空站呢?幫他想想看,請不要讓智多星成為太空中飄浮的木乃伊。

智多星出擊參考解答

飛機是利用空氣浮力飛行的,因此無法在太空中飛行。火箭是利用噴出的廢氣造成「反作用力」而飛行的,所以即使在真空的太空中仍然可以航行。

根據牛頓第三運動定律:當A物體施一力於B物體時,B物體也必同時施一力於A物體,此二力大小相等,方向相反,作用在同一直線上,互稱為反作用力。

在太空中,這種力量是最重要的力了,因此智多星只要把身上攜帶的任何東西如鋼筆等,向太空站的反方向扔去,自己就可以得到一個反作用力而向太空站靠近。如果太空摩托車已確定損壞難以修復,則只要一腳把它踢向太空站的反方向,人也可獲得同樣大小的反作用力,踢得越重,越快回到太空站。


 
智多星小百科一

要到太空,有火箭就夠好了,為什麼還需要太空站與太空梭呢?

由於火箭只能一次使用,用完即丟,因此經費十分巨大,經常遭到各國國會刁難。可重複使用的太空梭乃成為科學家的最愛。太空梭就像飛機一樣,可把人員和物質往返運送到地球外的軌道上,如果能每兩周開一航班,且可接受各大企業訂位,攜帶他們的實驗器材上太空操作,就有希望能自給自足,不必仰賴國會撥款。

但目前太空梭只達到百分之七十五的重複使用目標,而且發射離開地球重力場時仍需借助火箭的力量。

不但太空梭要回收,將來連衛星也要回收。日本與德國各出資八千萬元,共同開發的可回收衛星,重七百六十五公斤,預計在離開地面二百一十公里到四百公里的橢圓軌道上,進行石油精製觸媒的開發實驗。原來預計在發射後六日重返地球,在沙漠地區回收,可惜在一九九五年一月十五日發射升空後,使用固體燃料的【M3S2】火箭故障偏離軌道,衛星則焚燬墜海。

回收衛星的計畫雖然失敗,但我們相信未來所有太空計畫都會朝向這一目標努力的。將來,連太空人也會很【很環保概念喔】!


智多星小百科二
火箭需要什麼燃料呢?

現代火箭的能源可分為化學推進、電力推進與核子推進三大類。其中化學推進火箭使用最廣,又可分為固體燃料與液體燃料二種。

火箭與飛機的燃料很不同,因為飛機只須攜帶燃料,但太空中沒有助燃的氧氣,除了燃料火箭必須自行攜帶氧化劑,目前採用的固體燃料是一種特殊類型的人造橡膠,它本身即含有氧的來源。固體燃料之優點是構造簡單,操作方便;缺點是性能受溫度影響。液體燃料目前以液氫為燃料,很少有物質能像氫這樣輕卻放出這麼多的燃燒熱,氧化劑多採用液氧,液氟或四氧化二氮。不過某些液化氣體高溫處理會氣化,低溫又把周圍的物體全部凍結了,處理起來可真麻煩。氫的液化溫度更是低到攝氏零下250度,光是要把它液化,就夠傷腦筋了,而因為體積極大,將使火箭的體積跟著變大。

電力推進是用電能加熱推進劑或者利用磁場或靜電加速離子,但推力太小,不足以將火箭送入太空。

核子推進是以原子爐將推進劑加熱,所需燃料較少,而其效率則是化學推進火箭的兩倍。不過顧慮到輻射汙染的危險,目前計畫讓原子爐到太空中才啟動,任務完成後,使用過的原子爐就棄置於太陽軌道中,以免其闖入大氣層。

智多星小百科三
為什麼太空中經常是一片黑暗呢?


地球大氣層中因充滿微塵與水汽,光線會漫射,使整個天空都亮起來。而太空中除少數天體外,可說是一片真空,光線由恆星射出後,不會偏折,也不會有漫射現象。因此太空中雖然看得見星星,但星星旁邊的天空仍是一片黑暗。