科学趣味故事——模拟法的应用论文_李开贵

(贵州省毕节市七星关区北大附属实验学校,551700)

“回来了!回来了!”

随着人们的欢呼雀跃,“天外来客”杨利伟走出“船舱”,频频向欢迎的人群招手。这是发生在内蒙古四子王旗北部的阿木古郎牧场上动人的一幕。

2003年10月15日9时整,我国“神舟5号”飞船载人航天发射成功。飞船绕地球飞行14圈约60万公里,历经21时23分。次日早晨6时23分,“航天英雄”杨利伟顺利返航。这是我国航天史上重要的里程碑,有关中国太空人训练成为中国老百姓的热门话题。

中国目前有宇航员14位,其中2人是教官。他们全是男性,是从空军飞行员中挑选出来的,平均年龄30岁,都有10年以上的驾龄,1000小时以上的高空飞行经验。他们的身高都在170厘米左右,体重65公斤左右,大学以上学历,身体和心理素质一流。

没有必要上多人去冒险。被光荣选中的14位宇航员,经过5年多来的培训,人人都渴望获得“第一宇航员”的荣誉。而首飞宇航员的心理素质是关键,要敢于牺牲,敢冒风险。苏联的尤里·加加林——世界上第一个宇航员,本来是当年的三号人选,但一号、二号人选在最后的心理测试中没有过关,终于让加加林成就了千古英名。

宇航员的训练远比我们想象的艰苦,有些甚至“残酷无情”。当初苏联宇航员在一年内,要骑自行车1000公里,滑雪3000公里,越野跑步200多公里。当年美国的宇航员登月前要穿几十公斤重的宇航服,在炎热的佛罗里达沙漠中,每天行走二三十公里。而今我国的宇航员也在进行高强度的训练。

进入在北京的航天城——培养中国首批宇航员的摇篮,首先映入眼帘的是一间不大的房子,四面封闭,除了靠墙一台控制仪器外,地中央的一张转椅格外引人注目。这张转椅不但可以做360度顺时针和逆时针的快速运转,而且可以同时上下前后摆动。转椅主要是用于检查宇航候选者的前庭神经功能,以了解他对震动及眩晕的耐受能力。从转椅室出来进入的是电动秋千室,在高达数十米钢架的护卫下,一台貌似汽车的厢式秋千被四条钢臂凌空提起。电动秋千荡起时,前后能甩出15米,它主要是用于适应空间运动和开展对空间运动病的研究。

航天城里还有一个“冲击塔室”,内有一座约4层楼高的绿色铁塔。它的作用是模拟飞船返回地球的冲击环境,从而增强人的抗冲击耐力,研究各种方式的防护措施。

三层楼高的离心机室里装备着亚洲规模最大的国产载人离心机。人体离心机是一种巨大的旋转装置,既可以上下伸缩,也可以左右转动。顶上有一条长达16米的旋转手臂,它用结实的钢架紧紧托住了位于手臂前方的一只椭圆形不锈钢封闭吊舱,这只吊舱也可以呈一定的角度转动,因此可以建立同方向作用于宇航员的超重条件。当整个离心机开起来时,有些像游乐场中的“飞碟”,无论是“房子”、“手臂”还是“吊舱”,都在不停地加剧转动摇摆,但其转动的速度和摇摆角度则是“飞碟”无法比拟的。

宇航员的安全和健康的研究是空间技术发展的一个重点,宇航员训练中心里有各种各样为使宇航员适应太空生活而设置的模拟舱。低压舱是一座淡绿色的T形舱,内有工作舱、休息舱和卫生舱三部分。当宇航员穿上特制的航天服走进低压舱之后,舱内的空气都被抽掉,宇航员此时就开始进入“太空”。狭小的舱内既没有电视,也没有音响,就连做一些幅度较大的健身活动也很受限制,没有电话,不准通信,与社会完全隔绝。学会如何适应这种环境,是走进太空之前必须攻克的课题。

天象仪室是宇航员模拟训练中的最后一个关卡,宇航员升空执行任务之前必须在这里熟悉星空图,找出自己将要走过的路线,一旦载人飞船的自动导航系统出现故障,宇航员就不得不启动手动装置来寻找回家的路了。

可见宇航员在训练中心接受模拟不同航天状况的训练。我国对宇航员的训练主要分为三个阶段,基础训练、技能训练和综合训练。基础训练主要是训练宇航员的身体素质、生理医学训练以及航天基础知识的培训;技能训练包括各种航天任务的操作、飞船上的设备操作和空间试验操作等;综合训练主要是针对飞行任务的大型综合训练与演练。

宇航员的训练是依照宇航员在天航行原型的主要特征,创设一个相似的模型,然后通过模型来间接研究原型的一种科学方法——模拟实验法。

模拟实验法是模拟法中的一种,模拟法中的另外几种中有:直观模仿和仿真法、工具仿制和机器法、工艺技术仿制法等等。

根据模型和原型之间的相似关系,模拟实验法可分为物理模拟、数学模拟、生理模拟、病理模拟等多种。

当今,随着科学技术的高度发展,数学在各种科技领域中得到广泛运用,特别是电子计算机等先进技术的作用和推广,模拟法的应用范围也越来越广,成为提出新的科学设想,探索未知世界不可缺少的或主要的研究方法之一。如人脑模拟、战术模拟训练、工程模拟以及模拟式经济管理等。教育教学中常用模拟教学、模拟训练、模拟游戏等方式进行控制条件下的综合性研究。

模拟法作为科学研究中一种最基础的方法,已日益受到人们的重视,应用相当广泛。

例如,在1952年冬到1953年春,1943年诺贝尔化学奖得主、美国尤里(1891—1981)的实验室的研究生米勒(1930—),在试管中通过7昼夜的放电作用,从氮气、水、氢气、氨中得到了甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等11种氨基酸。这个实验证明,在无机世界和生命体之间,不存在不可逾越的鸿沟。

在武器研究上,1997年禁止核试验之后,中国的核武器研究也完全用计算机模拟方式进行。不论是新型核武器的研究还是对现有的核武器维护,以及库存核武器的测试,都是通过计算机来进行了。

在研究二极管的单向导电性时,用自行车气门和进水阀门来模拟单向门。

为了证明地球因自转而产生的科里奥利力比较抽象,我们不妨取一只旧的橡皮篮球(或地球仪)来模拟地球自转,然后将红墨水从上往下滴落在转动的“地球”表面。此时即可明显看到水痕西边呈扩散状,从而令人信服的说明北半球南流冲刷西岸这一自然现象。

由此可见,模拟法的主要优点有:可以对已经时过境迁或尚未出现的现象进行研究;可以对那些既不能打开,又不能从外部直接观察其内部状态的系统,进行研究;也可以将现象简化、放大或缩小;易于控制;比较经济。缺点主要是人工模仿和复制的人为性,难免使得出的结论欠准确,欠完整,不一定符合所模拟的对象。模拟法还在深入发展中,需要在实践中得到进一步检验、充实,使其不断完善。

论文作者:李开贵

论文发表刊物:《知识-力量》2019年3月上

论文发表时间:2019/1/2

标签:;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  

科学趣味故事——模拟法的应用论文_李开贵
下载Doc文档

猜你喜欢