Back to site
Since 2004, our University project has become the Internet's most widespread web hosting directory. Here we like to talk a lot about web development, networking and server security. It is, after all, our expertise. To make things better we've launched this science section with the free access to educational resources and important scientific material translated to different languages.

NSS пазіцыйны дакумент аб касмічнай дзейнасці і малекулярнай нанатэхналогіі

Пазіцыя

Нацыянальнае касмічнае таварыства лічыць, што развіваюцца малекулярнай нанатэхналогіі будуць спрыяць засваенні і засяленні прасторы. Сапраўднае вытворчыя магутнасці межаў прадукцыйнасці, надзейнасці і даступнасці касмічных сістэм, але знізу уверх малекулярнай нанатэхналогіі мае патэнцыял для вытворчасці касмічнай тэхнікі з велізарным паляпшэнні ў прадукцыйнасці і надзейнасці пры істотна меншых выдатках.

Фон

Малекулярная нанатэхналогій "выказвае канцэпцыю ў канчатковым рахунку, быць у стане задаволіць атамаў ў зададзенай моды, маніпулюючы асобнымі атамамі" [Aono]. Яго прынцыпы былі ўпершыню падтрымоўваным лаўрэат Нобелеўскай прэміі Рычард Фейнмана ў 1959 годзе, калі ён сказаў: "прынцыпы фізікі, наколькі я магу судзіць, не гавораць супраць магчымасці манеўравання рэчы атам за атамам" [Фейнмана]. Як інжынерныя дысцыпліны, малекулярная Нанатэхналогія абяцае рэвалюцыйных дасягненняў не толькі ў гатовых прадуктах, але і ў працэсы, якія выкарыстоўваюцца для іх вырабу. Гэта кульмінацыя многіх галінах:

Кожнае з гэтых палёў дасягае сваёй канчатковай ў дакладных, малекулярная кіравання, які з'яўляецца магчымасць ствараць вялікія структуры да складаным, атамным спецыфікацыям прамым пазіцыйных выбар рэакцыі сайтаў [Drexler1]. Гэтыя сістэмы павінны быць у стане сабраць любую канфігурацыю атамаў, абмежаваная толькі законамі прыроды і чалавечых ведаў - таму яны называюцца універсальнымі зборшчыкаў. Паколькі гэтыя зборшчыкі будуць самі складаюцца з атамаў, і таму, што яны змогуць сабраць гэтых атамаў ў адвольных адносінах яны павінны быць у стане самастойна паўтарыць, ці рабіць копіі саміх сябе. НАСА, SSI (Інстытут касмічных даследаванняў) і іншыя прызналі патэнцыйнае ўздзеянне прымянення самовоспроизведения ў асваенні космасу і развіцця [NASA, SSI, цьмянелі], але выявілі, што саморепликации цяжка макра-малекулярных прылад, часткова таму, што кожны подкомпонент ўзроўню прыходзіцца мець справу з памылкі, выкліканыя на ніжніх подуровней [Нэймана, Тота-Fejel, Фрейтас і Гилбрет] <1>.

Асваенне космасу і развіцця велізарныя выгады ад дасягненняў у гэтых галінах, асабліва мікраэлектронікі і матэрыялазнаўства СА РАН, таму што яны зніжаюць маса карыснай нагрузкі і таму, што яны павышаюць надзейнасць. Як мы сыходзяцца на здольнасць кантраляваць пытанне з атамнай дакладнасцю, засваенне касмічнай прасторы, верагодна, можа стаць адным з першых і перш за ўсё бенефіцыяраў.

Малекулярная Нанатэхналогія можна зблытаць з микромашин выпрацоўвацца microlithographic працэсаў, але дзве вельмі розныя <2>.

Апошнія даследаванні

Прынцыпы малекулярнай нанатэхналогіі дэманструецца штодня ў шырокім ўрада і сусветнай індустрыі лабараторый, у тым ліку кампазіцыя з 35 атамаў ксэнону на заклінанні з "IBM" [Eigler], пабудова трохмерныя структур з ДНК [Seeman], а затым інжынерных разгалінаваных, небіялагічны бялкоў з ферментатыўнай актыўнасцю [Хан]. Кампутарныя праграмы прызначаныя для аказання дапамогі ў развіцці малекулярнай нанатэхналогіі Вядзецца таксама за кошт выкарыстання такіх інструментаў, як сістэмы аўтаматызаванага праектавання і мадэлявання праграмнага забеспячэння [Merkle2].

Патэнцыйныя выгады і рызыкі

Побач з выгодамі

Так ўрэгулявання прастора не з'яўляецца бліжэйшай дзейнасці, было б сур'ёзнай памылкай разглядаць толькі ў кароткатэрміновай перспектыве прымянення малекулярных нанатэхналогій у космас, хоць там можа быць некалькі. У бліжэйшы час, асноўныя перавагі, хутчэй за ўсё, у галіне фундаментальных даследаванняў. Напрыклад, палепшана сканіраванне зондаў падобныя на сканіруючых тунэльных мікраскопаў (СТМ) можа даць даследчыкам магутны, агульная методыка для характарыстыкі атамнай структуры малекулярных аб'ектаў. Такія магчымасці былі б карысныя ў выяўленні і распрацоўцы больш трывалыя матэрыялы, хутчэй і менш электронікі і экзатычных хімічных рэчываў з унікальнымі ўласцівасцямі. Гэтыя паступовыя паляпшэння будзе прапаноўваць магчымасць невялікія паляпшэнні ў магчымасці праз шырокі спектр касмічнай дзейнасці, забеспячэнне яе завяршэння, падаўжаючы жыццё карабля, і ўмацаванне бяспекі чалавечай экіпажаў.

Як наносистем выкарыстоўваецца ў даследаваннях будуюцца і камерцыялізацыі, яны будуць рухацца ад збору базавых ведаў у лабараторыях для збору дадзеных у інжынерных дадатках <3>. Першыя дадатку будуць тыя, у якіх адносна высокая кошт і абмежаваныя магчымасці гэтых першых прылад пакаленне будзе па-ранейшаму забяспечваюць значнае паляпшэнне агульнага патэнцыялу сістэмы, каб апраўдаць выдаткі. З датчыкаў і прывадаў можа быць значна зменшана ў памерах і масе, планетарных зондаў і іншых касмічных прыкладанняў, верагодна, адным з першых атрымальнікаў гэтых наносистем.

Сярэднетэрміновы Перавагі

У сярэднетэрміновай перспектыве, наносистемы прылады будуць прымаць непасрэдны ўдзел у вытворчым працэсе. Прадукт можа ўключаць аб'ёмных структур, такіх як касмічны карабель кампанентаў, вырабленых з алмазаў тытана кампазітны, або іншых "цуд" матэрыялаў. Тэарэтычнае стаўленне трываласці да шчыльнасці рэчыва складае каля 75 разоў, што ў цяперашні час дасягнута аэракасмічных сплаваў алюмінія, часткова з-за бягучых магчымасцяў вытворчасці дазваляе макра-малекулярных дэфектаў, якія аслабляюць матэрыял. "Знізу уверх" абяцае практычна поўнага ліквідацыі гэтых дэфектаў, што дазваляе выраб больш трывалыя матэрыялы, якія маглі б павысіць надзейнасць і паменшыць касмічных апаратаў сухога вагі, у выніку чаго павялічылася грузападымальнасць і вышэй вышыня арбіты, у канчатковым рахунку, зніжэнне кошту на арбіту [DrexlerJBIS].

У электронікі арэне, прылады могуць выкарыстоўваць некалькі атамаў для захоўвання біта інфармацыі (як ужо было прадэманстравана на IBM [Eigler2]). Акрамя таго, СБИС (звышвялікіх інтэграцыі) скароціцца на трох велічынь і пашырыць ў трох вымярэннях, а не толькі два. На дадзеным этапе, малекулярная нанатэхналогій, хутчэй за ўсё, далейшым удасканаленні тэхнічных магчымасцяў, павышэнне надзейнасці і зніжэнне выдаткаў у розных касмічных праектаў.

У гэтых прагназуемых дасягненняў будзе пашырацца складанасці/надзейнасць кампраміс канверт для арбітальных і месяцовых сістэм. Малюсенькія, недарагі інерцыяльны сістэмы навядзення маглі б дапамагчы беспілотных пошукавы карабель, планетоходов, і міжпланетных зондаў. Густая сетка размеркаваных ўбудаваных датчыкаў ўсёй пілатуемых або беспілотных касмічных апаратаў можа ўвесь час кантраляваць (і ўплываюць, калі яны могуць выкарыстоўвацца ў якасці прывадаў) механічных напружанняў, градыентаў тэмпературы, які падае выпраменьвання, і іншыя параметры для забеспячэння бяспекі місіі і аптымізацыі сістэмы кіравання. У перадавых касмічных апаратаў, вонкавая скура не толькі захаваць ад холаду і вакууму, але гэта можа таксама функцыянаваць як мульты-сенсор камеры і антэны. З такой шырокі маніторынг і больш эфектыўнага кіравання рухальных установак, жыццезабеспячэння і іншых сістэм карабля, стаўкі місіі поспеху павялічыцца пры паніжанай кошту. Сучасныя матэрыялы могуць таксама павысіць на арбіце чалавечай дзейнасці шляхам прадастаўлення больш эфектыўных скафандры, і можа садзейнічаць больш пазаземных намаганні па распрацоўцы больш эфектыўных і ўстойлівых дэградацыі сонечных батарэй.

Як магчымасці павелічэння, малекулярных метадаў, якія выкарыстоўваюцца ў фактычным вытворчасці касмічных апаратаў (г.зн. прылады і працэсы, якія пераўтвораць сыравіны ў ўдасканаленыя датчыкі і матэрыялы) будзе сябе павелічэнне магчымасцяў. Гэта загадзя б зрабіць гэта нашмат лягчэй пабудаваць касмічны апарат сістэмы, якія могуць скарыстацца на месцы пазаземных рэсурсаў.

Доўгатэрміновыя выгады

Так ўрэгулявання касмічнай з'яўляецца доўгатэрміновым прадпрыемствам, гэтыя доўгатэрміновыя перавагі малекулярнай нанатэхналогіі з'яўляюцца найбольш актуальнымі. І гэтыя перавагі з'яўляюцца значнымі. Найбольш важным з'яўляецца вынікам агульнай здольнасці будаваць наносистем, асабліва здольнасць загрузкі вытворчасці з дапамогай самовоспроизводящихся універсальных асэмблерам. Гэтая магчымасць, верагодна, ніжэй вытворчых выдаткаў на шмат парадкаў, аж да парадку $ 1 за кілаграм. Было б таксама зрабіць магчымым пабудову канічных рамянёў з геастацыянарнай арбіту на зямлю, і будаваць чалавечыя рэйтынгавай ацэнкі транспартных сродкаў SSTO з сухой масы каля шасцідзесяці кілаграмаў [DrexlerJBIS]. Такія магчымасці павінны зрабіць магчымым недарагі доступ у космас. Пажылая наносистем можа зрабіць магчымым даступнай і надзейнай закрытай асяроддзі сістэм жыццезабеспячэння, якія маглі б скарыстацца на месцы рэсурсаў, такіх як металы астэроідаў і кометных арганікі. Такая магчымасць патэнцыйна дазволіць многім людзям па даступнай цане жыць у космасе. Tiny кампутары, датчыкі і выканаўчыя механізмы, трывіяльна танныя на аснове на адзінку, могуць дазволіць такія рэчы, як смарт-сцены для аўтаматычнага рамонту микрометеоритов шкоду, зручныя і ненавязьлівых скафандры, і терраформирования інструментаў. Падаючы вымяральнымі прыборамі, якія дазваляюць развіцця медыцынскіх ведаў на малекулярным узроўні, перадавыя наносистем можа дазволіць у натуральных умовах рамонту пашкоджанні клетак. Гэтая магчымасць павінна змякчэння шкоднага ўздзеяння іанізуючага касмічнага выпраменьвання.

Далей доўгатэрміновыя наступствы гэтай тэхналогіі цалкам непрадказальным, але, несумненна, будзе вельмі значным. Абсалютныя і адносныя выдаткі будуць па-ранейшаму абмяжоўваюць касмічнай дзейнасці, аднак, і некаторыя жаданыя мерапрыемствы будуць заставацца немагчыма.

Выдаткі і рызыкі

Перад праграмы могуць быць распрацаваны для разведкі і асваення прасторы, малекулярная Нанатэхналогія сама павінна стаць практычная дысцыпліна, а не проста тэарэтычным. Ёсць тры перспектыўных шляхоў да будынка універсальных асэмблерам: генная інжынерыя, фізічнай хіміі, і сканіруючай зондавай мікраскапіі. Нявызначанасць застаецца, які шлях з'яўляецца самым простым і хуткім, і гібрыдныя падыходы з'яўляюцца вельмі перспектыўным, так што намаганні павінны быць размеркавана па гэтых трох напрамках. Ёсць, верагодна, будзе вельмі вялікая колькасць дарагіх тупік, таму важна, каб не ўкладваць занадта шмат грошай у любой вобласці.

Японія актыўна дамагаецца малекулярнай нанатэхналогіі, укладваючы каля $ 200 млн у працягу 10 гадоў з прамысловасцю адпаведнасці дзяржаўнага фінансавання ў больш чым дваццаці кампаній, а фінансаванне праекта Atomcraft [Aono] працягваецца шасцю японскімі кампаніямі, як ён завяршае яго пяцігадовага плана. Спробы вядуцца пачаць аналагічную праграму ў Швейцарыі. Калі ЗША не ўдзельнічаць у дзейнасці, якая вядзе да пашырэння і добра рэалізаваны даследаванняў з камерцыйнай адпаведных мэтаў, мы, верагодна, знайсці сябе крытычна адстае ў больш шырокіх эканамічных, ваенных і канкрэтных звязаных з космасам выгады, якія могуць з гэтых тэхналогій. Кошт адстаючы ў гэтай тэхналогіі будзе вельмі высокай.

Многія патэнцыйныя пагрозы складацца з каго-то з выкарыстаннем малекулярных нанатэхналогій у агрэсіўных мэтах. Такім чынам, намаганні павінны быць прыняты для забеспячэння таго, каб як глабальнай бяспекі і нацыянальнай бяспекі ЗША абаронены ад гэтай патэнцыйнай пагрозы. Адна з стратэгій для забеспячэння ЗША і глабальнай бяспекі з'яўляецца развіццё малекулярнай нанатэхналогіі у сумесных, шматбаковыя чынам. Гэта адрасы асцярогі многіх краін, што яны будуць злоўленыя адстае ў развіцці, і падтрымлівае давер так як адкрытае супрацоўніцтва з'яўляецца дэ-факта адкрытых і ўзаемнага кантролю.

Існуе магчымасць таго, што па якіх-небудзь непрадбачаных закон навукі, універсальныя зборшчыкі могуць быць немагчыма пабудаваць. У гэтым выпадку рызыка складаецца з нуля вяртанне на інвестыцыі. Але ў дзесяць гадоў, як паняцці і малекулярнай нанатэхналогіі былі адданыя галоснасці, ніхто не прапанаваў якой-небудзь навуковых падстаў для яго немагчымасці. Адсутнасць гэтых прычын можа быць растлумачана тым, што многія аб'екты вакол нас (усё на аснове вугляроду формаў жыцця) былі сфармаваныя выкарыстаннем падыходу "знізу ўверх, і той факт, што перспектыўных кірункаў у тэхналогіі шоу стала павелічэнне дакладнасць, з якой матэрыя можа знаходзіцца пад кантролем.

Абмеркаванне: Space ад малекулярнага вытворчасці

Існуе боязь, што марнаваць грошы на малекулярная Нанатэхналогія дазволіць скараціць колькасць грошай, выдаткаваных на развіццё касмічнай, так як фінансаванне даследаванняў часам ўспрымаецца як гульня з нулявой сумай. Адзін з варыянтаў гэтага аргументу пытаецца, чаму невялікая колькасць грошай, даступных для даследавання павінны быць выдаткаваныя на спекулятыўных прадпрыемстваў, такіх як малекулярная нанатэхналогій, калі такія праекты, як DC-X, здаецца, значна бліжэй да поспеху.

Процілеглай версіі `` прасторы ад малекулярнага производства''аргумент спытаць, чаму грошы павінны быць патрачаныя на дарагія месца на цвёрдым дыску пры вывучэнні і распрацоўцы касмічнай будзе менш дарагім з перадавымі малекулярнай нанатэхналогіі. Хоць гэта праўда, што наносистем магло б значна знізіць выдаткі на касмічныя палёты, іншыя фактары павінны быць разгледжаны.

Заключэнне

У заключэнне, Нацыянальнае касмічнае таварыства лічыць, што паколькі ўрэгуляванне Прастора доўга праекта дыяпазон, які прынясе карысць усёй чалавечай расы, сур'ёзнае развіццё доўгіх палёў дыяпазон малекулярных нанатэхналогій павінна быць падтрымана. Пазаземныя дзейнасць натуральнае ўжыванне для наносистем, а сінэргетычная эфект ад касмічнай дзейнасці і малекулярнай нанатэхналогіі могуць і павінны заахвочвацца.


Дзякуючы наступным людзям за іх уклад і канструктыўную крытыку: Макс Нэльсан, Джэймі Динкелакер, Скот пэйсы, Глен Рейнолдс, Біл Хігінс, Кейт Гэнсан, Крэйг Прессон, Крыс Петэрсан, Джым Бэнэт, К. Эрык Дрекслер, і лаяльная апазіцыя, Ален Sherzer.

Спіс літаратуры:

Aono, Масакадзу, "Atomcraft", JPRS-JST-92-052-L, 22 чэрвеня 1992 года.

Фейнмана, Рычард, "Там дастаткова месца на дні", тэхніцы і навуцы, Каліфарнійскі тэхналагічны інстытут, 1960.

К. Эрык Дрекслер, Наносистемы: малекулярныя машыны, вытворчасць, і вылічэнняў, John Wiley і сыны, 1992.

Джон фон Нэйман, самовоспроизводящихся аўтаматаў, адрэдагаваны і завершаны Артур Беркс, Універсітэт штата Ілінойс Прэс, Урбана, 1966.

Той-Fejel, Tihamer, Self-Test: ад простых схем для самовоспроизводящихся аўтаматаў, магістэрская дысертацыя, Універсітэт Нотр-Дам, 1984.

Роберт А. Фрейтас малодшы, Уільям П. Гилбрет, ЭЦП;. Сістэму дадатковай аўтаматызацыі для касмічных палётаў НАСА канферэнцыі Публікацыя CP-2255 (N83-15348), 1982 http://www.islandone.org/MMSG/aasm/ ( З усіх прыкладанняў вывучаныя, удзельнікі лічылі, што прастора-прыкладанняў самовоспроизведения б вышэйшую ўзнагароду).

Цьмянелі, Ральф, Self рэплікацыя сістэмы і малекулярнай вытворчасці, часопіс брытанскага Таварыства міжпланетных, Vol. 45, No 10, кастрычнік 1992 года.

Maryaniak, Грег, самовоспроизводящихся машын для касмічнай, SSI абнаўленне: Высокае Рассылка Frontier, Май/чэрвень 1985 г., Інстытут касмічных даследаванняў, Прынстан, штат Нью-Джэрсі.

Eigler, Д. і Е. Швейцер, пазіцыянавання асобных атамаў з дапамогай сканавальнага тунэльнага мікраскопа. Прырода. 344:524-526, 1990.

Симэн, Н., Пабудова трохмерных фігур Stick з разгалінаванай ДНК. ДНК клеткі Бія., 10:475-486, 1991.

Хан, К., У. Kliss, Дж. Сьцюарды. Дызайн і сінтэз пептыдаў Маючы химотрипсин-падобных эстераз актыўнасць. Навука, 248:1544-1547, 1991.

Цьмянелі, Ральф, "Вылічальныя нанатэхналогіях" Нанатэхналогіі Vol. 2, № 3, стр. 134-141, 1991.

К. Эрык Дрекслер, малекулярнае вытворчасць для касмічных сістэм: Агляд, часопіс брытанскага Таварыства міжпланетных, Vol. 45, п.п. 401-405, 1992.

Eigler, Дональд, Крыстафер Лутц, і Ўільям Радж, Прырода, 15 жніўня 1991 года.

Зубрыную, Роберт, `` Значэнне марсианской''Frontier, Ad Astra, верасень/Кастрычніка 1994 года.


УВАГА

<1>: У "зверху ўніз" тэхналогій, як вытворчасць прылады не непасрэдна ўплывае на нарыхтоўку, ён павінен спадзявацца на ускосныя метады, каб дадаць ці выдаліць частка кампанентаў. Пры ўскосных аперацый больш здзелкі з квантованной подкомпонентов (атамаў), як калі б яны былі бесперапынныя (зверху ўніз здагадка), памылкі расці ў геаметрычнай прагрэсіі.

<2>: Па-першае, іх кампаненты розныя па сваіх маштабах з каэфіцыентам тысяч. Па-другое, у той час як мікрамеханічнага сістэмы будуюцца зверху ўніз (як і ўсе прамысловыя тавары сёння), наносистем будзе пабудавана знізу-уверх, як і запасаў хімічнай корму і біялагічныя сістэмы. Нарэшце, саморепликации значна цяжэй, чым у микротехнологии ў малекулярнай нанатэхналогіі, і, такім чынам, яму не хапае ўздзеянне такіх магчымасцяў можа прынесці. Таму што мы можам маніпуляваць асобнымі атамамі з вялікім інструменты, такія як сканіруючых зондавай мікраскапіі, микротехнологии, верагодна, не з'яўляецца абавязковай умовай для малекулярнай нанатэхналогіі.

<3>: Эксплуатуючы паняцці ад іншых тэхналогій, у асаблівасці біяхіміі і микролитографии, кошт сканіруючай зондавай мікраскапіі працягне зніжэнне, як магчымасці адначасовага павелічэння. Акрамя таго, структуры вытворчасці хімічных рэчываў навалам, такіх як buckytubes, будзе працягваць расці ў складанасці, магчыма, дазваляе пераключэнне паводзінаў і іншых нелінейных з'яў. Нарэшце, генетычныя працэсы інжынерных, верагодна, будзе становіцца ўсё больш гнуткім і дакладным, магчыма, дазваляе рибосомных будаўніцтва квазі-біялагічных структур усё больш адрозніваецца ад прыроднага біялогіі.

<4>: навука выяўляе, што, у той час як інжынерныя стварае тое, што ніколі не было.

<5>: Дысертацыя Тэрнер прадэманстраваў, што нашы заходнія прагрэсіўнай гуманістычнай цывілізацыі залежыць ад дзяржаўных межаў.

Published (Last edited): 30-03-2011 , source: http://www.islandone.org/MMSG/NSSNanoPosition.html