动物告诉人类的一些关于宇宙飞船的仿生

仿生学是年正式诞生的一门综合性边缘科学。它研究生物系统的结构特性、能量转换和信息传递过程，并利用所获得的知识改进现有或创造新的机械、仪器、建筑结构和过程。

载人航天器是保证航天员在太空中执行航天任务并安全返回地面的航天器。受各种生物的启发，科学家利用仿生学原理为航天器的设计、工作、运行和故障分析提供最可靠的参考。

人眼结构的启示

人眼可以比较周围的景物，使人感觉到自己的运动和位置状态，并确定物体的距离、形状和相对大小。科学家从中得到灵感，研制出一种“人造眼”，称为“生物电子位置发射器”。该装置可用于在下降阶段自动控制航天器的制导。

苍蝇的启示

苍蝇的复眼包含只可以独立成像的单眼，几乎可以度看到物体。在“飞眼”的启发下，由多个小镜头组成的“飞眼”相机，一次可拍摄多张高分辨率照片，在航天领域得到了广泛的应用。

苍蝇可以连续飞行几个小时而不着陆，速度可达每小时20公里。它不需要滑动。它能以与地面成30度角的角度快速起飞。它可以停下来，在空中急转。它可以垂直升降。着陆动作也很轻。科学家们发现，苍蝇的翅膀后面有一对小翅膀，楫翅，就像船上的桨和舵一样，既能控制苍蝇的飞行方向，又能控制它们的身体平衡。受机翼的启发，科学家们制造了一种用于火箭和宇宙飞船的共振陀螺仪，大大提高了飞行器自动控制系统的性能。

航天器使用多级火箭。为了减轻火箭的负担，飞船的体积非常小，除了航天员必要的工作和生活空间外，没有多余的空间。在这个极其有限的太空舱里，除了氧气充足外，不能有任何有毒气体，否则密封舱里的宇航员将面临生命危险。因此，有必要在航天舱内安装一台高效、灵敏的气体分析仪，以保证航天员的安全和科学研究的顺利进行。人们发现苍蝇有能力有效地探测气体。受此启发，仿生学科学家成功地模仿了一种基于苍蝇嗅觉器官结构和功能的小型气体分析仪。这个仪器的探针不是金属，而是活生生的苍蝇。在苍蝇的嗅神经中插入一个非常薄的微电极，通过电子电路放大引导神经电信号，然后传送给分析仪，分析仪一旦发现异常，就会报警。该仪器已安装在航天器上，用于探测舱内气体的成分。

马腿骨骼结构的启示

马是陆地上速度最快、耐力最强的哺乳动物之一。它们优雅轻盈。那么驰骋的秘诀是什么？美国科学家拉普夫经过3年的研究发现，马腿骨的结构非常奇怪。第三掌骨上有一个天然的“洞”，使马腿在奔跑中承受着体重和空气阻力的强大压力。

基于计算机模型，研究小组创建了一个“仿生板”，作为飞机或航天器材料结构的原型。他们故意在“仿生板”上打了一个小孔，并在小孔周围喷洒聚氨酯泡沫，模拟马腿周围第三掌骨周围的骨骼结构。通过研究，科学家们证明了“仿生板”具有超压缩能力，对航天器和其他长期必须面对强气压的飞行器具有重要的应用价值。

蜂房构造的启示

为了使航天器达到足够的速度，运载火箭必须提供相当大的推力。航天器的重量越轻，运载火箭的“负担”就越轻，航天器可以飞得越高、越远。为了减轻航天器的重量，科学家们从蜂窝结构中得到了灵感。

蜂窝是由一个个排列整齐的六角形小蜂房组成的。事实上，蜂巢并不是一个纯粹的六棱镜，而是一个底部由三个菱形组成的“尖项六棱柱形”。中国数学家华罗庚指出，在确定蜜蜂的体长和腰围时，顶端六边形蜂巢的材料是最省材料最经济的！

所以，在制造飞船时，人们首先将金属材料做成蜂窝状，然后用两块金属板夹住形成蜂窝状结构。这种结构的飞机容量大，强度高，重量轻，不易传导声音和热量。因此，当今的航天器和其他飞行器都采用这种蜂窝结构。

花瓣构造的启示

太阳帆，又称光帆，是一种利用光和巨大的薄膜透镜，不需要消耗能量，利用太阳辐射压力作为推进力的结构。在太空中运行的航天器是失重的，没有空气阻力。只要有一点外力，就会改变运动的方向和速度。因此，即使是面积很小的太阳帆也可以作为航天器的动力。

不过，如果在航天器进入大气层时打开太阳帆，阻力会很大。此外，太阳帆的结构可能会因为摩擦产生的热量而受损。航天专家从花瓣结构上了解到：当花瓣闭合时，花瓣所占体积最小，能很好地保护雌蕊；当花瓣完全张开时，相互遮挡的程度最小，使雌蕊能最大程度地接受来自四面八方的花粉。日本航空航天发展局设计了太阳能帆，可以像花瓣一样打开和关闭。早在十多年前，日产的太阳帆宇宙飞船在距离地球约万公里的太空成功发射了14米见方的太阳帆。研究人员希望在未来，这样的太阳帆可以在各种情况下为航天器提供动力。

长颈鹿的启示

长颈鹿之所以能通过长颈把血液输送到头部，是因为它们的血压高。根据测量，长颈鹿的血压是人类的两倍。为什么这么高的血压不能导致长颈鹿患脑出血而死亡？这与长颈鹿的身体结构有关。首先，长颈鹿血管周围的肌肉非常发达，可以压缩血管，控制血流。同时，长颈鹿腿部和全身的皮肤和筋膜非常紧绷，有利于腿部血液向上流动。

科学家受到启发，训练宇航员每天锻炼几个小时，以防止血管周围的肌肉退化。宇宙飞船发射时，科学家们根据长颈鹿皮肤紧绷可以控制血管压力的原理，研制出一种飞行服——“抗荷服”。抗荷服装有充气装置。随着飞船飞行速度的提高，抗荷服可以充入一定量的气体，从而对血管产生一定的压力，使航天员的血压保持正常。同时，在航天员腹部下部套上密封装置抽取空气，可以降低航天员腿部的血压，方便血液从身体上部向下输送。

生物膜特征的启示

通过模拟生物膜的选择性渗透，反渗透技术可以以最低的成本、最短的时间和最小的功耗处理大量的污水，去除所有的杂质，将污水转化为干净的淡水。在宇宙飞船中，反渗透设备是必不可少的。它能将人体汗液和排泄物中的水浓缩起来循环利用。

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