作者：学校科普活动指导小组
出版社：辽海出版社
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学校怎样组织学生体验科技生活（下）试读：
前言
科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代，社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高，为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机，大力普及科学知识，传播科学精神，提高青少年的科学素质，是我们全社会的重要课题。
科学教育，是提高青少年素质的重要因素，是现代教育的核心，这不仅能使青少年获得生活和未来所需的知识与技能，更重要的是能使青少年获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。
科学教育，让广大青少年树立这样一个牢固的信念：科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象，研究和掌握新规律，它是创造性的，它又是在不懈地追求真理，需要我们不断地努力奋斗。
在新的世纪，随着高科技领域新技术的不断发展，为我们的科普教育提供了一个广阔的天地。纵观人类文明史的发展，科学技术的每一次重大突破，都会引起生产力的深刻变革和人类社会的巨大进步。随着科学技术日益渗透于经济发展和社会生活的各个领域，成为推动现代社会发展的最活跃因素，并且是现代社会进步的决定性力量。发达国家经济的增长点、现代化的战争、通讯传媒事业的日益发达，处处都体现出高科技的威力，同时也迅速地改变着人们的传统观念，使得人们对于科学知识充满了强烈渴求。
对迅猛发展的高新科学技术知识的普及，不仅可以使青少年了解当今科技发展的现状，而且可以使之从小树立崇高的理想：学好科学知识，长大为人类文明作出自己应有的贡献。
学校科学技术普及是指采用广大学生易于理解、接受和参与的方式，普及自然科学和社会科学知识，传播科学思想，弘扬科学精神，倡导科学方法，推广科学技术应用的活动。目的是使广大青年学生了解科学技术的发展，掌握必要的知识、技能，培养他们对科学技术的兴趣和爱好，增强他们的创新精神和实践能力，引导他们树立科学思想、科学态度，帮助他们逐步形成科学的世界观和方法论。
为此，我们特地编写了这套“学校科普活动设计与组织实施”丛书，包括《学校科技教学的创新指导与实施》、《学校怎样组织学生阅读科学故事》、《学校怎样培养学生科学幻想思维》、《学校怎样培养学生科学兴趣爱好》、《学校怎样培养学生学习发明创造》、《学校怎样培养学生科学发现能力》、《学校怎样组织学生试验制作发明》、《学校怎样组织学生参观科普场馆》、《学校怎样组织学生探索科学奥秘》、《学校怎样组织学生体验科技生活》共十册，具有很强的系统性、实用性、实践性和指导性，不仅是广大师生科学教学指导的最佳读物，也是各级图书馆珍藏的最佳版本。
第四章 学生未来科技生活的体验
1.生命的修复
世界最宝贵的财富也许就是生命了，因为生命对每个人来说仅有一次。在人类生命的长河里，天灾、人祸、疾病以及遗传等诸多因素致使部分人肢体残缺、器官功能丧失，备受生活的煎熬……然而，在科学迅速发展的今天，日新月异的高技术给这些残疾者带来了福音——残缺的身体可以修复！
德国科学家将信息技术、微系统技术与神经科学结合起来，研制出一种供盲人用的假眼。德国科教研究部刚刚批准这一计划，并拨款2000万马克，拟批量生产这种假眼。
该假眼是德国波恩大学的罗尔夫·埃克米勒教授和法兰克福研究所的电子学家共同研制的。其原理是：首先将摄像机拍摄的画面通过神经计算机变成一种光信号，经过编码的画面再通过激光传至装在视网膜后壁上的芯片，所产生的电脉冲传至视网膜上的神经细胞，最后画面上的所有信息通过光学神经传至盲人大脑。此时盲人就能像正常人一样观看摄像机所拍摄的画面。这种假眼的问世将使盲人重见天日，感受到大自然的美好。
数字式助听器给听力下降患者带来了很大的方便，但对于完全失聪的聋哑人来说助听器无济于事。目前欧美国家已经研制出一种供聋哑人使用的假耳。将这种假耳放在聋哑人的耳蜗内，便能产生听觉。这种假耳制作十分复杂，因为对于健康人来说，从一种声音发出传到耳朵，再到耳朵听见，这虽然只是瞬间之事，但要涉及到3万个神经细胞，假耳也必须仿造人耳构造才具有听觉功能。
由于各种疾病或事故，全世界每天都有不少人失掉双腿，假肢的需求量越来越大。欧洲科学家正在实施一项“让你站起来”的计划。英国科学家已研制出一种假肢，使1名因车祸失掉双腿的34岁的妇女连续站立4分钟。别小看这4分钟，对朱莉·希尔来说多么不易啊。医生在朱莉·希尔的脊柱两侧放置6对总共12个电极，让每秒产生12至15次的电脉冲作用于肌肉神经。朱莉·希尔只需按一下微型电脑电钮，便能启动控制电脉冲的程序。安装在她胸部的接收器一旦接收到指令，肌肉便开始动作。当然，朱莉·希尔仍离不开拐杖。
德国神经治疗中心的沃尔夫冈·多尼赫教授正在研制一种能让患者扔掉拐杖的人工行走系统。他研究的对象是终身被困在轮椅上的截瘫病人。多尼赫教授担心在患者身上试验有危险，他利用计算机技术设计了一个虚拟截瘫病人，并给“他”安装了180块肌肉。他使其中一块肌肉活动，仔细观察这块肌肉的运动对于其他肌肉以及整个身体的影响。在此基础上多尼赫研制出一个名为“弗雷聚”的机器人，并将机器人与计算机相接。在计算机的作用下“弗雷聚”站立起来，而且站得十分稳当，来个“金鸡独立”它也不会摔倒，即使用外力使其摇晃，它仍是“岿然不动”。1996年夏天，多尼赫下决心在人身上作试验。好几个截瘫病人愿意接受试验。多尼赫教授准备让这些患者在人工行走系统的帮助下扔掉拐杖，走出轮椅。
在现代电子和生物技术的完美结合下，盲者重见光明，聋者恢复听觉，瘫痪者重走人生之路已不再是梦想。随着高新技术的飞速发展，展示在残疾人面前的将是重铸人生的美好前景。
2.“透视”基因
随着DNA指纹图及其相关技术的不断更新和日趋完善，近年来，DNA指纹图技术已扩展到生物学的各个领域，并日益显示其独特的优势。
一个弄清人类全部基因蓝图的国际计划正在进行。其中美国华盛顿大学的默克教授教导的小组，每组要确认400个新的基因序列至1996年3月，他们已确定了35.5万个基因序列。在21世纪初，人类就可以把30亿个密码的排列情况，10万个基因的情况研究清楚。
有科学家预计，未来10年，10大产品将彻底改变人们的工作和生活方式，并使人们更深刻地感受到科学技术的神奇力量，而其中第一项就是基因药品。人类对自身基因的研究和基因工程的进展，将在今后10年中使制药业取得飞跃，治疗骨质疏松、老年性痴呆等疑难杂症的药物将问世，艾滋病的治疗也将取得突破。人们可以了解自身的基因图谱，医生诊断时需要考虑病人的基因组成。
目前，科研人员已能够识别某些可导致人体患癌的遗传基因，这些癌症包括乳腺癌、结肠癌及一些罕见的癌症。
美国一些研究儿童基因疾病的科学家，已经分离出一种特殊的基因。据称，大约有1%的美国人（即2600人）携带这种基因，这种基因称为毛细管扩展变异基因。科研人员认为携带这种基因的人，其发生癌症的概率要比其他人高出3至5倍。这些癌症包括肺癌、皮肤癌、胃癌和胰腺癌等。使用X线检查，较易判别是否携带有这种基因。
不仅如此，英国伦敦大学基因学教授史蒂夫·琼斯最近在英国科学周刊上发表报告指出，社会进步特别是医疗条件的改善，使得自然选择的威力逐渐在人类社会中失效，人种已开始退化。
他认为，自然选择是生物进化中的主要力量，经自然选择的物种均是适应环境的优良品种。过去由于人类生存条件艰苦，新生儿死亡率很高.人们从小到大均面临着生存的威胁，因而生理和心理素质较高的人才得以生存下来，这也使得人类的基因不断改良。二次大战后，全世界的生存条件特别是医疗条件有了极大的改善，因而自然选择的威力越来越小，使得大量因为基因变异而产生的素质不高的基因能够遗传下去，最终导致人种的总体退化。他还指出，近几十年来，由于化学制剂的广泛应用，男子的精子减少、质量下降，使得后代的基本素质也比以前降低。另外，受教育程度高的人生育的子女少，受教育程度低的人生育的子女多，导致人口素质的逆增长。这都将导致人口素质的逐步退化。
因此，一些人士提出利用基因监测技术选择理想的胎儿，以人工优生方法代替自然选择。
另外，台湾的一位教授经过20多年的研究，于1988年提出基因与人类行为的因果理论、认为对具有犯罪、精神病等倾向的人，可以通过基因矫正或蛋白质化合物的药物补充来达到预防、治疗的效果。
目前我国正在组织科学家执行一个弄清水稻全部基因的计划，已取得一些重大成果，预计我国可以在世界上第一个得到全部水稻基因的图谱。不久前从中国科学院遗传研究所和中国水稻研究所传来捷报：用DNA指纹图技术鉴定杂交水稻种子的真伪获重大突破，并初步建立了一套鉴定“汕优63”的分子检测技术体系。多少年来，作物种子质量一直是农业丰歉的根本问题。随着这项工作的深入开展，其他水稻杂交品种及其他作物种子的鉴定工作，可望短期用上DNA指纹图技术。
美国科学家最近分离出了促使植物开花的遗传基因“开关”，这一成果有可能人为地控制作物的成熟时间，缩短生长周期，或者改变某些作物在一些地区不适宜生长的状况。
黑龙江水产研究所的科技人员巧妙地把鱼和牛、羊的基因相联后培育出的鱼，既保留着鱼的鲜味，又长得快、个儿大。前两年就推上市场的一种“生物工程”新型西红柿，无须采取任何防腐措施。即可存放三周。
也许在20年内，人们将按基因选择饮食，达到延年益寿的目的。科学家们已经发现，同样的食物所引起的体内生物化学变化的程度是不同的，而产生这种差异的根源是基因。
这个概念是由英国食品研究所的加里·威廉森提出的。威廉森博士研究认为，一些蔬菜如椰菜和卷心菜等，含有许多能刺激体内起防卫作用的化学物质谷胱甘肽转移酶。它被认为是决定一个吸烟者是否会生肺癌的一种因素。他说：“人口的大约一半具有能产生这种物质的基因，而另一半则没有。这就是为什么有些人能终身吸烟并在90岁时寿终正寝的原因所在。”如果一种食物含有谷胱甘肽转移酶，那么，体内不能产生这种化学物质的人们就能从吃这种食物中大大得益。
威廉森博士的研究对公众健康的意义是惊人的。未来的营养指导将不再像现在这样笼统，而可能是因人而异的。
在穿用方面，我国国家级重大科技攻关项目“转基因抗虫棉的培育及其杂种优势利用研究”已取得突破，这个由江苏省农科院负责的研究项目，成功获得了抗虫棉品系11个，杂种优势组合3个，并在江苏、湖北、安徽、河南等省累计试种1.12万亩，抗虫效果达80%以上。
由此看来，基因技术的应用前景远不止公安等部门。在医药行业，可以把人的基因转移到微生物中生产疫苗、细胞因子、激素、抗体等；在农业领域，可以把经济价值低的植物的耐寒抗旱、耐盐碱、抗病虫害的基因甚至微生物的基因，转移到经济价值高的农作物中，培育出高产粮棉油作物和果蔬；在环境保护方面，通过基因重组手段可以把多种微生物的特点综合起来，培育出一种超级微生物，用以高效率地分解城市垃圾或处理工厂废水。此外，基因工程在化工、食品、轻工、采矿、能源、国防等众多行业和领域都有不少已经成功的实例和非常光明的应用前景。
3.未来的人行道
有些国家大街上已出现自动运送行人的人行道，日本某地的自动人行道，以每小时3.2公里的速度每日输送100多万乘客。法国巴黎的自动人行道穿越巴黎新的商业中心，每小时可输送1.9万人。
自动人行道实际上是一条能自动前进的传送带，好像工厂中的流水线一样。在一些大型商场、车站或机场的候机大厅里，采用的一种水平运转的电梯，就是这种自动装置。自动人行道就是建造在马路上的平面电梯。
自动人行道可分快速道和慢速道。快速道的最高速度可达每小时25公里，相当于市内公共汽车的速度；慢速道的速度是每小时5公里，相当于人的步行速度。为了在加速时保证乘客的安全，他们可以先踏在一条每小时3.2公里的输送带上。这条慢速道运行缓慢而平稳，在它到达与它平行的快速输送带前，先要经过一段曲线运动，然后这两条输送带以每小时16公里的速度并行，它们连锁在一起，以防滑动或分离。这样乘客可以很容易地转到快速平台上。到达目的地，或者乘客想离开自动人行道，再按照和刚才相反的顺序，就可以走到不动的地面上。
自动人行道的出现，使城市交通增添了新的途径。科学家还在设想，用自动人行道把繁华商业区以及其他公共设施联结成一个整体。到那时，只要登上自动人行道，就可以畅通无阻，到达所要去的任何一个地方。
4.未来的列车
一种奇特的交通运输系统——管道飞行系统，将在21世纪出现。它是由超高速飞车和无空气隧道组成。飞车在隧道中行驶，时速高达2万多公里，是现在客机飞行速度的20倍。有人把这种飞车称为“炮弹”列车。
这种列车所以有如此高的飞行速度，原因有几个方面：一是飞车的形状做成流线型，可以最大限度地减少空气的阻力。二是它不是以汽油为燃料，而是依靠电磁力推动的。列车行驶在一种特殊的轨道上，这种轨道在通电后能产生一种向上的浮力，可将列车整个托起。这种列车，人们称为磁浮列车，它不像普通火车那样行驶在铁轨上，而是浮在轨道上，有点像冲浪板在波浪上的飘行。第三是由于列车行驶在一种隧道中，其中的空气已经被抽去，所以，列车行进时几乎没有空气的阻力。
磁浮列车已在日本、法国、德国和美国研制成功，一种专门的能熔穿石块的地道钻机也正在研制，这些技术都为飞车的出现打好了基础，不久，这种飞车将成为高速交通工具。
5.智能汽车
有这样一种汽车，它沿着马路急驶，如果前面突然有人从路旁横穿马路，或者临时发现什么障碍物，汽车就立即自动刹车；而当路人已经穿过，或者障碍物已经搬走，它又徐徐开动，继续前进。这就是国外最近研制成功的智能汽车。它可以自动启动、自动刹车，也可以自动绕开一般的障碍物，顺利前进。它的主要特点，就是在错综复杂的情况下，能“随机应变”，自动地选择最佳方案来操纵和驾驶车子运行。
智能汽车的操纵、驾驶系统，由道路图象识别装置、小型电子计算机和用电信号控制的自动开关三部分组成。这种道路图象识别装置，就是安在汽车前面的两架电视摄影机。它如同人的“眼睛”，用来识别前方的障碍物。为什么要用两架电视摄影机呢？这是因为用两架电视摄影机所得到的电信号，可以分清是阴影还是障碍物。这种道路图象识别装置，能看清前方5米至20米的空间，并按1米的间隔对16个地点进行扫描。按照汽车的运动性能，把高度在10米以上的物体作为障碍物来处理。在扫描中，如果前方有了障碍物，就发出电脉冲。由于对16个地点进行扫描，前方障碍物的分布状小型电子计算机，如同人的“脑”，是用来进行判断决策的。从道路图象识别装置获得信息以后，就要作出判断：汽车是继续开下去；还是停下来、后退或减速？这些都要根据当时当地的实际情况，来选择最能适应环境的下一个动作。设计师预先对各种情况的场合，给予充分的估计，将最佳的一组组操纵参数输入到电子计算机的存贮器中。在行车时，利用计算机相应地进行检索就行了。汽车在行驶时，必须遵守交通规则，服从交通警、指示标等方面的指挥，因此，智能汽车的电子计算机还具有接受、存贮和处理这方面信息的能力。
在智能汽车上，过去由人的手脚控制的开关，转变为由电信号控制的自动开关。汽车的转向器、节流阀、制动器等等，也都是由指令信号来控制操纵。操纵角可以达到±120度，时速0～60千米，制动器的负加速度为0～0.3米/秒2。它根据事先的安排，遵循指定的路线把乘客送往指定的地点。在行车时，可以转变，也可以超越前面的车辆。
目前，智能汽车仅限于晴天使用。要在阴天和夜晚使用，还需进一步探索，这个问题解决了，就可以广泛应用了。
6.巨型运输机
1970年1月21日，世界上第一架波音747飞机正式投入美国泛美航空公司纽约至伦敦的航线服务。这架首航航班的机票早在两年前就开始预订，许多人都想自己获得首次乘坐这架世界上最大的民航客机的殊荣。324名幸运的旅客开始了这次颇有纪念意义的旅行。经过6小时10分，跨越了浩瀚的大西洋的客机终于在伦敦希思罗机场降落。
波音747迄今仍然是世界上载客最多的宽体客机。1988年开始交付使用的波音747-400型飞机，客舱分上下两层，下层为主客舱，每排10个座位，两条过道，共可载客523名，上舱可载客69人，全机共载客592名。这架飞机有多大呢？它的机身长度为70米，机高近20米，两个“翅膀”（机翼）张开的长度有64米多，它的重量可想而知，最大满载重量近400吨，真是个庞然大物啊！
波音747投入使用25年来，共有1046架飞机在世界83家航空公司服务，航线遍及世界主要城市。粗略统计，这25年里，全世界人口的四分之一，即约15亿人乘坐过波音747。可见大型旅客机在世界民航运输中扮演着何等重要的角色。
载客量为亚军的大型宽体客机是欧洲空中客车工业公司研制的H-340最大载客量为440名。前苏联研制的依尔-86大型宽体客机，载客350名，只能屈居第三了。
从世界民航机发展史上看，随着时代的进步，民航客机的载客量有逐渐增大的趋势。世界第一架旅客机出现于1919年，那是英国人制造的4座旅客机。只有1台发动机。飞机前面有螺旋桨。在30年代，美国研制的DC-3飞机使用相当广泛。它的军用型C-47就生产了1万多架。直到50年代，由于发明了喷气式发动机，才出现了喷气旅客机。美国的DC-8飞机，可载客259名，波音707飞机，载客219人，美国总统的专机“空军一号”就是用波音707飞机改装的。前苏联的图-104飞机，载客100人。1957年，毛泽东主席赴前苏联访问时就是乘坐这种飞机的。70年代，就出现了本文前面介绍过的大型远程宽体客机波音747。
在世界上出现的巨型运输机中，除了运送旅客的民航客机外，还有以运送物资为主的运输机.以其吨位和载重而言，世界之最当属前苏联的安-225运输机。
1990年9月，在英国伦敦附近范堡罗举行的国际航空展览会上，安-225飞机做了飞行表演，许多人都曾参观了这架世界上最重的飞机。
安-225飞机是1988年首飞成功的，只造了1架。它有6台发动机，最大满载重量600吨，比波音747-400还重200吨。可以负载250吨的货物。它的巨大货舱里，能装16个集装箱；80辆小轿车。更有意思的，飞机的脊背上能负载超尺寸的货物，它能运载前苏联的“能源”号航天器运载火箭和“暴风雪”号航天飞机，真是名符其实的“大力神”！
美国也有一种大吨位的运输机C-5“银河”号，但它的载重为120吨，只有安-225飞机的一半。它的机舱分上下两层。运货时可运2辆坦克和16辆卡车；6架AH-64直升机；或者运送345名士兵。
人类真是不可思议，能造出波音747、安-225和C-5这样的巨鸟，让它们在天空里轻盈地自由翱翔。
人类造的巨型运输机是不是已经到了极限了呢？回答是否定的。
即将到来的21世纪，还会有新的巨型运输机面世。
美国波音公司和欧洲“空中客车”工业公司已就研制未来更大型的民航客机展开了激烈地竞争。
美国波音公司计划在波音747飞机的基础上改进加长，使飞机的载客量达到600～800座。欧洲“空中客车”工业公司提出了A3××飞机方案，载客量将达到600～800座。
英国皇家航空协会最近发表了打算研制超级巨型客机的构想，前景更为诱人。这种飞机的机舱将分为四层：最高一层四楼是头等舱，可乘300人；三楼可乘650人；二楼是空中商场和餐厅，可供旅客购买商品和就餐；一楼是行李舱，总载客量高达1100人。这种飞机的尺寸也是创纪录的。机身长85米，机高20米，翼展长80米，航程6500千米，可连续飞行8个小时。
研制这种巨型运输机的主要技术难题在于：要有大功率的发动机以提供飞机所需的巨大动力；要有新型轻型材料制造飞机机体，否则飞机将笨重不堪；还需要开发安全运行系统及发生事故的紧急措施，因为在一个载客逾千的巨型飞机上如果发生事故，其灾难将是十分惨重的。研制巨型运输机还需耗费极其巨大的资金，正是由于这些原因，造成了巨型运输机研制走国际合作道路的趋势。人们可以预计，在10年、20年的努力之后，会有崭新的载客量逾千的巨型客机翱翔蓝天。
7.超越太阳
中国古代有个神话传说：说是住在北方大荒一座山上的夸父族人，个个身材高大，力大无比。他们耳朵上挂着黄蛇，手里握着黄蛇，貌似凶恶，心地却善良平和。他们中间出了一位勇士，他忽发奇想，想和太阳赛跑。有一天，他从原野上向西斜的太阳飞快地跑去，转瞬间已跑了千把里路，追到了太阳将要落下的崦嵫山下，一团红亮的火球挡在他面前，他已经完全被炽热的太阳光所包围了。烤得他口干舌燥，他就伏下身子喝黄河、渭水的水，直到把两条大河的水都喝干了，口渴还未止住，后来又向北方跑去找水，跑到中途就渴死了，这就是著名的“夸父逐日”的故事。内容虽有点荒诞，却反映了古人丰富的想象力。那时人们就期望有能赶上太阳的速度。
由于古人知识的局限，还不知道太阳之所以从东方升起，西方落下乃是地球自转的缘故。实际上，地球绕太阳有公转和自转。公转一圈就是一年，有春夏秋冬；自转一圈就是一天，有白天黑夜，因而也就有太阳升起和落下。我们在地面上的感觉是太阳在跑。太阳跑的速度可以粗略计算一下：地球赤道处的周长大约是4万千米，转一圈是24小时，地球表面的速度大约是每小时1600多千米，这个速度，别说是跑得最快的短跑运动员，就是乘汽车，乘高速火车也是望尘莫及的。
奥运会男子短跑100米的世界记录是10秒左右，若一直保持这个速度，每小时也不过跑36千米；小汽车在高速公路的时速是120千米左右；高速火车大约是每小时200千米。看来，追赶太阳甚至超越太阳只有借助于飞机了。
目前在世界航线上运营的绝大多数民航客机还是赶不上太阳的。以美国波音747飞机为例，它是世界应用的最广泛的大型民航客机，约有1000余架在航线上运营。该机的最大巡航速度为每小时900千米，航程13500千米，因此它紧赶慢赶也赶不上太阳的速度。1994年9月，作者搭乘中国民航的波音747飞机从北京赴伦敦，航线里程为8900千米，飞行了11小时才到达伦敦，起飞时是北京时间下午2点，到伦敦是当地时间下午6点，太阳已经西沉了。
目前有没有一种客机的速度能赶上太阳速度的呢？有的。那就是英法联合研制的超音速客机——“协和”号。
说起“超音速”，那先从音速谈起。音速，即声音的速度，声音在空气中的传播速度大约是每秒331米，即每小时1170千米左右。目前全世界正在运营的民航飞机除“协和”号外，其飞行速度全部都低于音速，即亚音速，为什么会这样呢？主要是超音速飞行并不经济，而且噪音大，在技术上要突破“音障”。
什么是“音障”？简单地说，就是飞机的飞行速度接近音速时，进一步提高飞行速度所遇到的障碍，这些障碍主要表现为飞机阻力增加，升力下降，甚至飞机本身会出现抖颤。科学家们为了克服“音障”，一方面通过改变飞机的外形等办法尽量推迟上述不利因素的出现。另一方面采用大推力的喷气发动机增加飞机的动力。世界上首次突破“音障”是1947年在美国的X-1火箭试验研究机上实现的。1953年，美国研制的F-100和前苏联研制的米格-19歼击机都超过了音速。以后军用战斗机超音速已十分普遍。
50年代，亚音速民航运输得到充分发展，军用飞机又突破了“音障”，使得飞机制造商在考虑能否制造一种超音速客机投入运营的问题。鉴于开发这种新飞机需要大笔资金来解决技术关键，英法两国政府和航空工业决定联合研制世界上第一代超音速客机——“协和”号。从1962年开始研制，1969年首次试飞成功，1975年获得英法两国适航证投入运营。“协和”号与我们常见的亚音速飞机有很大区别：长而细的机身，尖而下弯的机头，三角形的机翼，飞行时活像一支尖嘴的巨鸟。1975年9月，一架“协和”号飞机从伦敦飞越大西洋到达加拿大的甘德，后又返回伦敦，一天之内4次跨越大西洋，创下了一项新纪录。
还有一件事需要在这里提一下，和“协和”号飞机研制几乎同时，前苏联也研制了一种型号为图-144的超音速客机，它比“协和”号早一年即1968年首飞成功，1975年投入前苏联国内航线使用，先用于货运，1977年投入客运，因为出现较严重的技术问题，到1978年便停止了客运飞行。所以，到今天为止一直成功地运用于民航客运的超音速客机只有一个“协和”号。“协和”号飞机的最大飞行速度约为音速的两倍，那么它追赶太阳的话，应该是绰绰有余了。但是它的“腿”比较短，即航程比较小，大约只有5000千米。这就是说，它在航程之内飞行可以追赶太阳，比如从北京到乌鲁木齐航线距离2800千米，从北京起飞时如果太阳正在头顶，那么到乌鲁木齐时太阳还未到达头顶，略为东斜一点，还要等几十分钟才恰好在头顶上。但是如果用于长距离的国际航线，比如从北京至伦敦，“协和”号飞机必须中途降落加油，这样到终点很可能赶不上太阳的速度。
到21世纪能不能实现“夸父逐日”，真正赶上并超越太阳的速度呢？回答是肯定的。现在人们已经开始研究，预计到21世纪才能面世的一种高超音速客机的设想已经逐渐明朗。这种高超音速客机的飞行速度大幅度提高，约为音速的4倍到6倍，载客数为200～300人，从东京飞到美国洛杉矶大约只需2～3小时。如果它从北京飞往伦敦，很可能是，中午从北京起飞，到达伦敦时太阳却刚刚升起，飞行中会看到太阳在倒着走，这该是多么有趣的景观啊！
8.新型“空天飞机”
人类的航天时代才开始30多年，就出现了宇宙飞船、航天飞机等先进的交通运输工具，使人类登临了月球。但是，科学技术的进步是无止境的，人类在憧憬着：有朝一日，能不能像乘飞机航班那样进行太空旅游呢？完全有可能，但这要借助于新一代的更先进的交通工具——空天飞机。
空天飞机是在航天飞机基础上发展起来的。顾名思义，它是一种航空航天飞机。即能像普通飞机那样水平起飞，水平降落，又能像航天飞机那样方便地进入太空轨道。
科学家们已经为未来的空天飞机勾画了它的几大特点：
一是研制和使用费用低。空天飞机是单级结构，地面操纵简单，维护时间短。
二是可以重复使用。预计空天飞机的使用次数可达几千次，比航天飞机百次左右的使用寿命要高得多，故其发射费用低。
三是无人驾驶，完全由计算机控制。空天飞机可以自主地进行制导、导航和控制，可以相应减少地面控制中心的规模。
四是发射回收程序简单，空天飞机可以像普通飞机那样起飞、着陆、加注燃料和检修，因此可以使现在航天发射场的规模大为减小。
五是空天飞机能在升空的任何时间立即降落，它可以进行无动力飞行，例如当燃料系统和控制系统发生故障的情况下利用空气动力特性来进行控制，返回地面。
六是空天飞机两次飞行之间的检修像普通飞机那样简单，因而检修时间很短。
美国已经提出了代号为X-30的国家空天飞机的方案：准备制造两架试验机，进行模拟高超音速飞机的飞行，速度将为音速的5～10倍；要在像爱德华空军基地那样的普通飞机场使用，进行地面服务和加油，起飞与降落，并验证X-30空天飞机以很陡的角度起飞能否防止超音速产生的音爆对地面的危害。音爆是什么？如果你参观过超音速军用飞机的飞行，就有可能遇到音爆。音爆是飞机在超音速飞行时所产生的强压力波，传到地面上形成如同雷鸣般的爆炸声。一声巨响，或许房屋的玻璃都会被震碎。影响音爆的因素很多，但也是有规律可寻的，空天飞机要完成起飞、降落，必须设法防止音爆的产生、否则对环境的危害会影响它的使用。
X-30空天飞机将采用超音速燃烧冲压发动机，它的动力相当于核动力火箭，燃料是液氢，飞机机体要用先进的钛合金制造。因为X-30在飞行时任何一点的温度都会超过649.9℃。X-30空天飞机如果进行改型作为民航客机使用的话，它的高超音速性能将会使国际航线的飞行时间大为缩短。例如，目前从东京飞到纽约需要14个小时，而使用X-30的改型飞机则缩短为2个小时。
英国的“霍托”空天飞机方案也是采用水平起飞和水平着陆的，它也是使用液氢燃料的发动机。它主要是将卫星送入轨道，也能执行建造和维护空间站的任务。“霍托”空天飞机的外形与英法合作研制的“协和”号超音速客机很相像。尖尖的机身，三角形的机翼置于机身后部。与飞机不同的是，它没有水平尾翼和垂直尾翼，靠前翼来进行航向操纵及维持安定性。4台发动机并列装于飞机的尾部。“霍托”的起飞方式与一般飞机有别，虽然也是水平起飞，但却是靠地面发射车背着它助跑的方式，着陆则与普通飞机的方式相同。研制“霍托”旨在大幅度地降低发射成本，预计比常规的火箭发射和航天飞机发射费用降低80%。
英国反应发动机公司新提出了设计新款的“斯凯朗”空天飞机方案：这种空天飞机呈细长形，最大直径6.25米，长82米，翼展27米，总重275吨，与现在最新型的波音777飞机的重量差不多。“斯凯朗”空天飞机使用的发动机是“协同式空气喷气-火箭发动机”，它以空气喷气发动机和火箭发动机两种形式工作，基本上共用一套硬件。其工作程序是：当用火箭辅助发射装置完成起动后，立即转换使用“协同式空气喷气—火箭发动机”，首先以空气喷气发动机方式工作。当空天飞机上升至26千米高度，飞行速度达到5倍音速时则转换为火箭发动机方式工作。在约80千米高度进入转移轨道。“桑格尔”空天飞机是德国提出的研究方案。它是用于航空的飞机与航天的轨道飞行器分开又结合在一起的方案。在地面起飞时，载机背负着轨道飞行器水平起飞，使用涡轮冲压发动机燃后轨道飞行器与载机分离，轨道飞行器依靠自身的火箭发动机升入太空，载机即返回地面以备再用。而轨道飞机器完成太空飞行返回大气层后，能像航天飞机那样水平着陆。实际上，“桑格尔”空天飞机就是载机加航天飞机而组成，载机的作用就是背着航天飞机水平起飞而已。
预计到21世纪下半叶，空天飞机的使用会像今天的民航客机那样简便，每天可能有数百架的空天飞机从赤道附近的几个发射场起飞，来往于天地，把旅客送上天空，把开发的空间产品和资源运回地球。航天发射地也许会像今天的大型国际机场那样繁忙。
9.大匹兹堡国际机场
在美国宾夕法尼亚州的钢铁之都匹兹堡，有一座被航空界称为“未来机场”的大匹兹堡国际机场。在耗资10.6亿美元进行改造之后，这座超级现代化国际机场引起了航空界的极大瞩目。
大匹兹堡机场之大令人瞠目结舌。机场占地4900万平方米，相当于钢铁产量占据全美半壁江山的匹兹堡市中心的2倍。其面积等于芝加哥奥黑尔机场和亚特兰大哈特菲尔德机场面积之和。
大匹兹堡机场有3座独立的大型建筑物，就是场外候机大楼、中央服务大楼和内场服务大楼。两条跑道是原有的。该机场设计新颖之处在于：4个长长的登机码头从位于两条跑道之间的内场候机大楼呈辐射状伸出。为了对这座“未来机场”有个概括的了解，我们把自己扮成一位旅客，亲身体验一下来机场登机的程序。
我们通过南高速公路到达大匹兹堡机场，这里有一系列四车道双层道路把旅客车流引导到场外候机大楼，其上层是离港旅客，下层是进港旅客。
机场设有3层停车场，共有17420个停车位。专门配有封闭式的自动人行道，这一人行道连接停车场和场外候机大楼，长度超过400米，为旅客进出候机大楼带来了极大的方便。
场外候机大楼共有3层，总建筑面积为40万平方米。第三层是主候机室，有3个18米高的柱形圆顶，整个大厅由天窗的自然光照明，其大小足可以容纳两个足球场。这个厅内有长长的售票台，美国航空公司是这座机场的最大用户，每天有500个航班从这里出发。该公司与IBM公司合作，设置了“航班信息显示系统”，旅客可以便捷地查到有关信息。美国航空公司还安装了自动行李处理系统。
搭乘美国航空公司航班的乘客在停车场或售票台就可办理行李托运手续。然后行李沿着10千米长的传递带运行，通过计算机处理，准确无误地传送到合适的传送带并运到相应的飞机上。
我们办完了登机手续即来到场外候机大楼的二层，在这里进行安全检查。独特的是，安检口沿纵向设了两条扫描线，它的好处：一是增加了安全度，二是加快了安检速度。如果第一条安全扫描线报警，乘客可以不必返回重检查，而是径直往前走，掏空口袋里的东西再接受第二次检查。
接着我们来到中央服务大楼，短程航班的旅客将在这里登机。这里共有25个入口的候机室，美国航空公司占有其中的20个，每日发出150个航班。
如果搭乘的是远程航班，就来到机场交通站。这里有两辆专用的全自动运送车将旅客运到场内候机大楼，距离760米，运行时间只有1分零3秒，一次能运160名乘客，每隔1分30秒就发一班车。
完全新颖的场内候机大楼在世界机场中独树一帜，它拥有75条通道，建筑面积超过100万平方米。更独特的是它处于两条平行的跑道中间，建筑成X形，使飞机停靠更加方便，大大提高了运行效率。
乘客进入候机大楼，自动人行道将把乘客送到相应的登机码头上。登机码头共有4个，美国航空公司占有其中的2个，各有25个登机门；第三个登机码头有16个登机门，供其他美国国内航空公司使用；第四个登机码头有9个登机门，专供国际航班使用。
特别值得一提的是，有一个被称为“遐想室”的休息区，是由艺术家设计的，给处于繁忙公务中的旅客以轻松、浪漫的气氛。
1991年，匹兹堡机场的旅客吞吐量为1670万人次，到2003年，预计旅客吞吐量将达到3200万人次。
10.超高速货船
人类使用船舶作为运输工具的历史，差不多和人类历史一样久远。《旧约圣经·创世纪》曾记载了这样一个故事：上帝后悔在地上造了人，对于人类所犯下的罪孽十分忧伤。他决定结束这个罪恶的人世。但他看中了挪亚。挪亚按照上帝的旨意，和他的3个儿于建造了一只方舟，挪亚把他一家老小以及各种动物。一公一母也装进方舟里，7天后，天上下起倾盆大雨，洪水泛滥成灾，淹没了一切生灵，只有挪亚的方舟安然无恙，第7个月，方舟在一座山上停了下来，到第10个月，山顶才露出水面，他为了寻找陆地，先后放出乌鸦和鸽子，有一天傍晚，鸽子噙着一个橄榄枝飞回来了，这意味大地某个地方有了生机，7天后，挪亚又把鸽子放出去，这回鸽子再没有回来，因为洪水全退了，大地恢复了生机。这就是著名的“挪亚方舟”的故事。一叶方舟，挽救了整个人类，它的作用该有多大呀。
人类使用船舶，最早可以追溯到石器时代。我国于1956年在浙江省出土的古代木桨，据鉴定是4000年前新石器时代的遗物。说明舟筏的历史，可以追溯到史前时代。
运输船舶的发展，大体经历了四个时代，即舟筏时代、帆船时代、蒸汽机船时代和柴油机船时代。
在现代的五种运输方式，即铁路运输、公路运输、航空运输、管道运输和水路运输中，使用船舶自有它的特点和不可替代性。船舶运输的优点是载重量大，运输成本低，但缺点也很明显，就是运输速度慢，周期较长。
为了克服船舶运输速度的缺点。在本世纪50年代起，世界航运界曾掀起一股船舶高速化的热潮，一度把货船的航速提高到每小时30海里左右。
现在，科学家们已着眼于21世纪的超高速货船的研究了。他们把这种超高速的货船称之为超级技术定期船。
这种船载货量为1000吨，速度可在每小时50海里，它能在大洋里航行，即使遇到4～6米高海浪也能安全航行。这种船的技术特点是，把船本身的浮力，水中船箕的升力和气垫船的空气压力组合起来以支撑船体，大大减少了前进阻力，因而速度可大幅度地提高。
在这种超高速货船的研究方面，日本居领先地位。
1989年，日本运输省直接领导了名为“尖端技术”号的超高速货船的研制工作，它的性能指标与上述超级技术定期船差不多，即能运载1000吨左右的货物，速度可达每小时50海里，一次航行的航程为500海里左右。
该船已开发出两种不同用力方式的类型：即“升力型”和“气压利用型”。
所说的“升力型”就是综合利用了船的水翼产生的升力和浮力，使船体几乎漂浮于水面航行，这样可以大大减少前进的阻力。“升力型”高速货船以飞机发动机作为主动力，一只喷水泵利用发动机的回旋力将水向后喷出，其反作用力推动船体前进，这个原理酷似喷气式飞机的飞行状态。船的水下部分是与飞机十分相似的没水体轴架和水翼构成。在停泊状态下，船体的部位以下没入水中，使用水翼航行时，因水翼在水中前进产生向上的升力而使船体抬高1.5米左右。船的转弯靠调节向后喷射水流的角度来完成。当然船上也还是有舵。
为减轻船体重量，船的上半部用铝合金制造，下半部用不锈钢制造，水翼则是采用不锈钢蜂窝结构，蜂窝结构顾名思义，其结构像蜂窝，中间是空的，结构重量很轻，但强度很高。
由于高速航行极易产生船体摇摆，船上配置了计算机控制系统，把摇摆控制在最小状态。
另一种“气压利用型”是综合利用了大气压与浮力，从而使船体浮出水面航行。
这种类型的高速船结构独特，船体全部由铝合金制造，它的船底是由橡胶制密封装置围成的四角形箱状物，鼓风机向里吹入1.1个大气压的压缩空气，正常航行时，船体浮出水面2～4米，船底与海水之间是压缩空气形成的气垫。
这种船不是单纯的气垫船，它还有水下翼。既可产生浮力，也能对船起着稳定的作用。
船底与海面之间的压缩空气不仅托着船体高速前进，还能缓和浪的阻力和冲击。当强大的海浪袭来时，空气被压缩，船体就要剧烈摇晃，此时需要调节船底空气输入量或释放量来使摇晃减至最低程度。
高速货船在前进中如果想刹车怎么办？这里有个很巧妙的办法：即喷水泵有“换向器”，转换180°反方向喷水就能便捷地刹住车。“升力型”与“气压利用型”各有千秋。前者航行稳定，适航性好；后者阻力小，有小的动力就可高速航行，可大大节省燃料。
这种高速货船如果投入营运，一天之内可以往返于日本北海道至九州至关东的远程航线，将成为名符其实的“海上新干线”，它的高速魅力将给海上运输带来新的生机。可以预料，高速货船构将成为21世纪海上运输的生力军。
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