全世界最炫酷的顶级大学实验室

 

    每年，20名航空和机械工程专业的学生可以用8个月时间来设计，建造，和试飞火箭，到5280英尺的。飞行高度可达1609米。业余爱好者的火箭，飞行高度通常低于304米（并且需要获得美国联邦航空局的许可）。去年的学生建造了约16公斤重，约2.6米长的碳纤维火箭，搭载有先进的数据收集系统。火箭的整流罩内装有一个摄像头和航空电子设备，来记录火箭的飞行路径和其他资料；在尾端，装有温度和压力传感器。学生可以拿火箭参与美国航天局赞助的学生火箭发射竞争，并提交一份报告给航天局的科学家和工程师，就像一个公司竞标一份合同一样。虽然这次报告只是一个学术活动，一些火箭团队的校友留下来继续为NASA工作。美国航天局的马歇尔太空飞行中心和阿拉巴马大学亨茨维尔分校就在一条街上。“在这里，学生整天玩火，摆弄炸药，”工程教授莫泽说。“没有比这更让人羡慕的了。”

    今年道森实验室的研究生和博士后的课程表有点像延长的春假，包括水肺潜水、浮潜和速划，到诸如墨西哥湾、加州海岸和帛琉群岛之类的海域。但他们的工作却非同小可，试图解开进化生物学家迈克尔·道森（MichaelDawson）称之为“海洋的黑暗能量”的奥秘。该实验室也正是以这位科学家而命名。道森和他的门生们希望能解开世界海洋的一个最令人费解的问题：他们的能量是从哪里来的。海洋混合，是湍流和海流重新分配热量，使氮、碳和其他元素从一个水体到另一个水体的过程。但是，科学家们已经完成的计算，与海洋混合的程度相比较，发现海洋一定还从一些不明来源获得了额外的能量。一个可能的来源是水母。在群体里，小动物的动作也有可能会产生严重的影响。帛琉群岛的水母湖，约15,000年前被隔开的一个4.85公顷的内陆海，现在是百万计的水母群的栖息地，这里是检验该理论的完美实验室。如果动物在这里造成的湍流具有足够强的混合效果，那么在海洋中有可能发挥了同等效力。去年，道森的团队和加州理工学院的合作者，由美国国家科学基金会资助，首次提出了水母群湍流和海洋能源之间的联系。每月，学生花费6至10小时在水中，在水母群每日两次的跨湖迁移之时，游弋在近旁，测量微小漩涡的速度。它是世界上少数几个研究人员可以如此接近整群水母的区域之一。

    除了抛射物体外，风科学与工程研究中心碎片撞击测试实验室的学生也亲身投入到真正的龙卷风和飓风中。飓风来袭之前，德州理工的学生在现场建立一个流动研究中心，进行几十项测量，包括风速和风暴眼的强度。他们的仪器是风暴中唯一能保持完好无损的，现在风科学与工程研究中心拥有唯一一份卡特里娜飓风登陆时风暴眼强度的完整记录。基于实验室测试和风暴期间及之后的灾难现场数据，该中心还建立了更准确的龙卷风技术测定方法，称为增强的藤田级数（EnhancedF-Scale）。它反映了最近的发现，低速风造成的破坏比之前预想的要大。当学生不沉浸在毁灭性的飓风中时，他们设想如何使风力发电效率更高或设计能更好地抵御飓风的房屋。

    就像科罗拉多州立大学博士后萨钦·乔希（SachinJoshi）所说的，没有爬进去过，你就不算真正见过发动机。在发动机和能量转换实验室，学生对两层楼高的工业用发动机进行改造。其中最大的一台是2冲程，440马力的燃烧发动机，通常用于压缩并推动天然气通过地下管道。在实验室17年的历史中，它单为这一类型的发动机开发的技术（包括现在普遍使用的燃油喷射系统）实现的氮氧化物减排量，就等于高速公路上的1.20亿台现代汽车的排放量。乔希和他的学生现正研究一台17吨卡特彼勒（CAT）天然气发电机，可以提供足够1200户家庭的电力需求。公用事业要将一台1.8兆瓦的机器接到城市电网上（节省在运输途中消耗的能量），所以他们需要清洁运行。卡特彼勒捐赠了一台给发动机和能量转换实验室。该小组已建立了一个点火系统，将一束激光通过光纤缆送往光学火花塞。它的燃料燃烧效率比储能型点火系统更高，而氮氧化物排放量较少。

    平均有20位学生争取1个志愿者的名额，以求在世界上最活跃的火山工作和生活。一次最多有8个学生住宿在国家公园的小屋中，在破晓前起床，徒步进入废墟，绘制可能很快会渗出熔岩的地区的地图。这项工作的意义在于帮助研究人员测量了一些极其剧烈的地下行动，包括由地下岩浆流造成的地形隆起以及熔岩喷发造成的地震活动。主管科学家吉姆·卡西卡瓦（JimKauahikaua）说，对于很多学生来说，这是他们第一次的火山工作经验，这种经历将改变他们的生活。”

    卢克·施米克（LukeSchmick）已经有一个相当酷的工作，那就是教宇航员如何操作航天飞机。什么能比这个还酷？“从零开始设计一架航天器，”参加过世界上唯一的太空建筑研究生学位课程的5名学生之一，今年24岁的兼职工程师说。总有一天，会有能带我们飞上太空的飞行器，然后随之而来的是，我们将需要在行星外生活和工作，这就是在NASA及其承办商的委托下，世川国际太空建筑研究中心的学生要设计的内容。“与地面建筑相比，这项设计工作需要更多的工程技术诀窍，”NASA的月球居住系统的主管和世川国际太空建筑研究中心的校友，拉里·图普斯（LarryToups）解释说。“比如，学生必须了解和因数化六分之一重力在人体工程学上的影响，”他说。另一个挑战是保护船员免受太空强辐射的影响。学生为地球轨道设计了一个可扩展的充气实验室。他们为火星常设基地的所有组成部分建造了模型（一部分数字，一部分物理）——包括居住舱、研究实验室、水耕花园，甚至是地面探测车辆。

    今年秋季，学生将进入零下27摄氏度的实验室，对深冻的物体进行研究。其中一个项目，是观察南极3.2公里之下取出的25万年之久的冰芯中的生命。其他的研究项目包括：冬季保持道路无冰的最佳方式；雪的移动过程，以更好地预测雪崩