NASA太空技术走入民生领域 NASA航天技术民用转化研究华体会- 华体会体育- 体育官网

2024-12-07 17:10:46

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　　为了开发这款传感器，JPL与多家企业签署了技术合作协议，包括来自纽约长岛的牙科器件制造商Schick Technologies，他们希望能使用CMOS成像系统降低牙科x光设备对电噪音的敏感性，提高诊断的准确性。1995年，Fossum和同事创立Photobit公司，拥有了CMOS成像的独家授权，而Schick公司则获得了CMOS牙科成像设备的独家授权。Schick公司现已被德国西诺德牙科设备有限公司（Sirona Dental Systems）收购，并在产品的尺寸、速度、内存、质量，以及大规模低成本制造方面，发展迅猛。如今，使用CMOS牙科成像传感器仍需西诺德公司的技术授权。

　　1987年，约翰逊航天中心授予Triangle公司一份“小企业创新研究(SBIR)”合同，尝试对这类材料进行应用，将其容纳于微小的胶囊内，代替航天服内的热交换器。1988年，该公司尝试将这些材料与合成纤维相结合，制造宇航员的绝缘手套。近期，来自旧金山的Embrace Innovations公司将其商业化，产品线包括各种型号的婴儿襁褓、睡袋、衍缝被等，织物中的相变材料能够在暖和时吸收热量，寒冷时释放热量，帮助宝宝保持最佳体温。

　　“猎户座”飞船于2014年12月首次试飞，为了监控着陆，约翰逊航天中心的工程师们需要一个小巧、轻便、高分辨率、低功耗，能与高速拍摄同步存储数据的摄像机，并能经受发射、太空环境、重返大气层及海中降落等种种严酷环境。他们与承包商洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin）一起找到了来自加州的IDT公司，其生产的专业摄像机主要用于工业界和科学界，如碰撞试验。IDT公司开发的相机轻便小巧、坚固、抗辐射、防水，能在毫秒级时间内快速调整曝光，并能以10～12GB/秒的速度备份数据，简直令人难以置信。

　　冰是飞机面临的常见危险，在空中，冰会覆盖在机翼和引擎上构成极大威胁。多年来，NASA一直致力于消除这个隐患。不同于动辄花费数十万美元的地基结冰遥感系统（NIRSS），2000年代初，NASA提出了一种新的数据收集方式，一款轻便的廉价传感器，可随气象气球送入云层。来自蒙大拿州的Anasphere公司与NASA格伦研究中心合作，设计了一款振弦传感器。冰聚积时，它能检测到弦的震动改变，为科学家提供信息——天空中到底潜藏着多少液态过冷水。利用这种廉价的轻型传感器，NASA开发了一套地面系统，为遭遇危险结冰条件的飞机提供预警。

　　全世界有超过十亿人缺乏清洁的饮用水。同样，太空中的每一滴水对宇航员都无比珍贵。最近，美国宇航员Scott Kelly在国际空间站生活了一年，NASA开发的专门技术收集点滴水分，包括汗液和尿液，转化为饮用水。过滤，是唯一的解决办法。并不是所有的过滤器都安全有效:许多廉价的虹吸装置可去除污垢和污染物，但对更危险的渗透物束手无策，尤其是病毒。许多细菌和单细胞生物也能通过过滤器，而被这些微生物感染的过滤器甚至会带来二次污染。

　　Tom Smokoff是来自犹他州的纯水技术公司（Water Pure Technologies）创始人，他希望能建立低成本水过滤系统，快速高效地为整个村庄提供用水。他发现，为约翰逊航天中心开发的纳米陶瓷过滤器，能迅速消除超过99.9%的细菌和病毒。从一家特许生产商那里买下这款过滤器后，他们建造的便携式多级过滤系统可直接打包带至水源地使用，由电池或手摇曲柄提供动力。如Water ResQ紫外系统，只需一个12伏的电池供电，经过包括纳米陶瓷过滤器在内的四层过滤，每小时可生产174加仑安全饮用水。其出售的移动式手动过滤系统，甚至能伞降至森林火灾现场，满足消防员的饮水需求。

　　继牙科X光机之后，手机和数码相机也广泛使用了CMOS有源像素传感器。20世纪60年代，JPL工程师Eugene Lally就提出了有关数码摄影的构想。20世界80年代末，基于电荷耦合器件（CCD）的传感器使高质量数码摄影成为可能。随后，JPL工程师Eric Fossum相信能利用CMOS技术开发出更加轻便、快速、高效的新型成像器。每个CMOS像素都是一个小放大器，对自身信号进行读取，比之CCD将所有信号转移至同一个放大器，降低了电压需求，解决了电荷转移效率的问题。经Fossum创新改造，新的CMOS传感器降低了工作噪声，并将时间和控制系统、模拟数字转换器和信号处理器等几乎所有电子元件整合在一张芯片上，诞生出更加紧凑、可靠、廉价的“芯片上的相机”。手机内置摄像机的小型化、节能型需求推动了CMOS图像传感器的大规模批量生产，技术与制造工艺的进步在降低成本的同时提高了质量。

　　所有人类肉眼可见的颜色中，对蓝色和绿色尤为敏感。当红色等外围色调与之同时出现时，就被减弱识别度，该现象被称为“中心荷载敏感度”（center-loading sensitivity），某些情况下，会干扰目标发现、距离估算等视觉判断。1990年代，NASA艾姆斯研究中心的资深科学家LenHaslim开发了一种屏蔽蓝光和绿光的光学滤波器，能将绿色变成黑色或灰色，使其他色彩脱颖而出，帮助我们更容易发现森林中的伪装物和那些濒临死亡的植物。经空气分子散射的蓝光会在山坡上营造出一种特别的朦胧视野，将NASA的光学滤波技术用于滑雪护目镜，能将此种环境下的视敏度和深度知觉平均提升12～15%。

　　SBIR/STTR的含义分别是“小企业创新研究计划”和“小企业技术转让计划”。在NASA机构中，SBIR/STTR的运行机制与“技术转让计划”大同小异。在NASA的实际运行中，这两个机制是由同一个办公室负责的。区别在于，“技术转让计划”属于NASA自己，而SBIR/STTR要受到联邦政府的监督和管理，参与SBIR/STTR的除了NASA，还有国防部、能源部、卫生部、国家海洋和大气管理局等多个机构。在NASA航天技术民用的实际运行中，SBIR/STTR的受重视程度低于“技术转让计划”，但也取得了很好的社会经济效益。

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