航天飞机的陶瓷外衣
世界首位太空女游客阿努谢赫·安萨里9月18日飞赴国际空间站的消息，再次激起人们对太空旅游的兴趣；并且，各国的航天机构和一些私营业主也正在积极探索太空旅游的不同途径。相信不远的将来，太空将成为越来越多人的旅游目的地。那么，在我们登上航天飞机往太空漫步前，对航天飞机的构造我们又了解多少呢？
我们知道，流星之所以会在夜空中发出耀眼的光芒，就是因为它闯入了地球的大气层，与大气发生摩擦，产生高温及燃烧。航天飞机在高速飞离和返回地球时，由于要穿越大气层，因此表面也会产生极高的温度，这种高温是任何金属外壳都无法忍受的。为此，材料化学家们经过反复实验后，找到了一种可以替代金属外壳的高温结构陶瓷。这是一种能承受高温的新型材料，它主要由耐高温的碳化物、氮化物、氧化物（如碳化硅、氮化硼、氧化锆等）等化合物构成。由这类材料制成的防热瓦，可以承受炽热的高温而不软不化。例如碳化硅陶瓷，即使在1500℃的高温下，仍然可以保持很高的强度，这是金属材料无法相比的。用这种耐高温陶瓷作为航天飞机的外壳，不仅重量轻、抗热冲击性强，而且可以反复地使用。
除了作为航天飞机的外壳，这种高温陶瓷还可以用作汽车的内燃机，使引擎的温度由700℃提升至1100℃，并且令内燃机的效能增加50%。
但由于各种陶瓷都特别脆而易碎，因此，材料化学家又在高温结构陶瓷中加入了含有硼等元素的纤维，研制出了抗拉强度更大的耐热复合材料。航天飞机用它做外壳，在穿越大气层时就更为安全了！
火箭推进剂
火箭为人类探索宇宙世界起到了重要的作用。它可以冲破云霄，把各种航天器、如人造卫星、载人飞船等，送出大气层，送进太空。而要完成这样一个过程，没有非常强劲的推动力是肯定做不到的。一般使用燃油来推动飞机的引擎，其马力相当有限，不足以推动笨重的火箭上太空。所以，只有爆炸力非常强的固体燃料，才可以担此重任。
固体燃料是把16%的铝粉末、69.93%的高氯酸铵（NH4ClO4）和14%的氯合物（它的作用是把铝和高氯酸铵紧密混和），再加上少量氧化铁（Fe2O3）作为催化剂混合而成。当它们燃烧时，所产生的气体温度高达1870℃，并且以每秒1600米的速度喷射出来。有了这样强劲的推动力，要把火箭带到太空当然没有问题了。
3Al（s）＋3NH4ClO4（s）→Al2O3（s）＋AlCl3（s）＋3NO（g）＋6H2O（g）
核电站的“要角”
20世纪40年代铀核裂变现象的发现，打开了大规模释放原子能的大门。铀是原子弹和原子能反应堆的“主角”，成为举足轻重的元素，新时代的核燃料。
铀在大自然中同铅的储藏量差不多，比金、银的储藏量多得多。可是，铀的分布很散，提炼铀金属很困难。沥青铀矿是常见的铀矿，此外还有铀云母矿、晶质铀矿、钒钙铀矿等。很多铀矿呈黄色或绿色，有些铀矿在紫外线照射下，发出荧光。
在大自然中，铀有3种同位素：铀-238、铀-235、铀-234。天然铀矿中所含的铀，主要是铀-238，占99.28%；铀-235占0.715%；铀-234只占0.005%。
铀-235有一种特性，当中子轰击原子核时，它会分裂成两个碎核，同时释放出几个中子来，这种现象叫做原子核裂变。新产生出的中子继续使其他铀-235原子核发生裂变，并持续进行，规模越来越大，同时放出巨大的能量。这种反应仿佛链条那样一环套一环，人们就叫它“链式反应”。如果铀的数量很多，这种反应所需的时间只有百万分之一秒，释放的能量巨大，就会产生原子爆炸。在原子弹里装着铀-235。1千克铀-235的爆炸威力，相当于2万吨的烈性“TNT”炸药。
1945年夏天，美国花费20亿美元的原子弹制造完成。第一批共3颗，绰号分别为“瘦子”、“胖子”和“小男孩”。7月，“瘦子”爆炸成功。8月6日，美军在日本广岛投下了“胖子”，巨大的炙热的“蘑菇云”在广岛上空冉冉升起，霎时天昏地暗，城市在山崩地裂般的爆炸声中变成废墟。9日，长崎也在“小男孩”的爆炸中被毁灭了。两个城市伤亡人数达44.5万人以上。
铀-235不仅可以用来制造原子弹，更重要的是可以用做燃料。人们将铀-235放进原子反应堆，使核连锁反应受控而缓慢地进行，不发生爆炸，把原子能陆续释放出来。1克铀-235裂变时所放出的能量，大约等于2.5吨煤燃烧时所放出的能量。用铀-235做燃料，可以节约大量的煤和石油，节省巨大的人力和物力。
铀-238同铀-235不一样，当它受到中子冲击时，不会爆炸。因此它不能用来制造原子弹或作为原子燃料。科学家发现，当铀-238受到中子冲击后，它“吞食”下一个中子，使自己变成了另一种元素钚-239。钚-239受到中子冲击也会发生裂变，并放出巨大的原子能。由此，铀-238也就一跃成为原子燃料的原料了。
原子能在为人类文明和和平事业做出了巨大的贡献。1954年6月27日，前苏联在莫斯科东南110千米处建造了世界上第一座原子能发电站，人类历史上第一次将原子能用于和平事业。世界上最早的核潜艇是美国的“魟鱼”号潜艇，1954年建成下水。1960年，世界上第一艘“列宁”号破冰船下水航行，它只要携带上几十千克铀，就能连续在北极工作3年而不需要补充燃料。
1958年，我国建成了第一座原子能反应堆。1964年10月16日，我国成功地爆炸了第一颗原子弹。1967年6月17日，我国第一颗氢弹也爆炸成功。
人造器官
人体的器官损坏了，有的可以切除或部分切除，那没办法切除的病变器官该怎么办呢？是否可以像更换机器零件一样，将损坏的器官去除换上一个健康的器官呢？
一种崭新的医疗手术——置换外科是这一想象成为了现实。人们用活体组织的器官和人工制造的器官，来替代损坏的器官。活体组织的器官是指从人或动物身上取下来还有生理功能的器官，这些器官不是来源困难，保存不易，就是用排斥反应，因此很难大量使用。于是人们展开了人造器官的研究工作。
以合成纤维为主的高分子材料用于人体脏器官的修复和替换，是近代医学上的一个重大成就。
人造肾是研究最早而又最成熟的人造器官。它仿佛是一架“透析机”，或者说是一台模拟肾功能的过滤器。其中有同排出废物相适应的带有微孔的合成高分子膜。血液流经人造肾后，血液里的排泄物就被有选择地透过这种高分子膜，而血球、蛋白质、糖类以及体内的其他有用物质却不能透过。这种半渗透性膜是由聚丙烯腈硅橡胶、聚酰胺、芳香基聚酰胺等材料制成地。日本已成功地用尼龙等中空纤维制造人造肾，临床应用已有几千例。
这种渗析材料还可以用来制造人造肝脏、人造肺。
新的人造心脏是用塑料（如聚乙烯）制造的，以40～60克的钚-238做动力源。据说，这种核动力人造心脏，动力供应持久，力量分布均衡，有起死回生的神奇功能。但造价非常昂贵。
耕云播雨
《西游记》中有孙悟空“呼风唤雨”的神话故事，但这只是大旱之年，人们期盼甘霖的美好愿望。然而，现在这种愿望终于变成了现实，人类已有能力来影响和驾驭天气，这就是人工降雨。
云分为两种：一种是暖云，云中温度在0℃以上；另一种是冷云，它的上部温度在0℃以下。人工降雨是用人为的办法使暖云和冷云降下雨来。
暖云里只有水珠，没有冰晶，许多小水珠在运动中不断碰撞，相互结合，越变越大，上升的气流托不住它们，它们便从天上落下来，于是雨就降下了。
要使暖云降雨，必须使云中水滴不断增大。有两种方法可采用：一种是向云层中喷洒适量的吸湿性强的物质如食盐、盐水、尿素、氯化钙等，促使小水珠增大为雨滴；另一种是用土炮轰击，发射强大声波，使云中水珠间相互碰撞，合并增大，变成雨滴。
冷云里充满了闪亮的冰晶和水珠，它们又轻又小，被上升的暖气流托着，在空中飘荡。水珠蒸发出的水汽，遇到冰晶凝结起来，晶体越变越大，当上升气流托不住它们时，它们就降落成为雪或雨。
要使冷云降雨，必须使云中冰晶加速变大。常常采用两种办法：一种是用飞机或气球把干冰撒到云里，它吸收周围的热量，使冷云更冷，冰晶越来越多，越来越大，就形成降雨。1克干冰，可以造成100亿颗冰晶，又很快变成雪花。还有一种办法是，用飞机、火箭或炮弹等把碘化银撒到云层里。碘化银是一种黄色的晶体，它的晶体外形同冷云中的自然冰晶的外形相似，人们叫它“人造冰晶”。它们飘浮在冷云中，天空中的水蒸气就在人造冰晶上凝聚，变成雪花。据估计，1克碘化银可以形成10万亿颗人造冰晶。
如果云层下部到地面的温度低于或接近0℃，那么，撒过化学药剂后，就会下一场鹅毛大雪；要是高于0℃，冰晶在半路上融化了，下的就是一场瓢泼大雨。
用化学药剂来进行人工降雨，开始于20世纪30年代。1930年，荷兰科学家维拉尔特进行过一次人工降雨的实验。他用飞机将1.5吨干冰碎块载运到2500米高空，并投撒在离机200米的云层中，还出动了4架飞机在云层下监视，结果在8平方千米的范围内降落了丰沛的雨水。
从此，人工降雨的试验就在全世界展开了。
1958年以来，我国进行了多次人工降雨、降雪和消雹等试验，取得了较大的成绩。例如，1978年11月28日和29日两天，我国新疆哈萨克县，进行了一次人工费降雪，大雪飘了两天，下的雪有半米厚，对保护冬小麦过冬起了很大作用。
20世纪70年代，人工降雨更是带给了人们更多的福祉。其中之一就是，以色列的几千公顷沙漠，通过人工降雨变成了耕地。
通常，耕云播雨时，在云层中撒播干冰，每千米需用1～10000克干冰。如果用碘化银来做催化剂，用量比干冰要少得多，每千米只需用0.01～0.1克就够了。目前，碘化银是一种最好的人工降雨催化剂。同时，碘化银也可用来消除冰雹。由于1克碘化银在高空中能产生亿万颗人造冰晶，使水蒸气分散凝结，防止了又大又重冰雹的形成。
碘化银由于有银的成分，价格昂贵，如果大面积用，则成本太高。所以，目前科学家正在积极寻找更有效、更便宜的人工降雨催化剂。
奇妙的电池
旅游或野外工作时使用的手提式录音机、收音机都要用到电；海洋上的灯塔，宇宙航行中的飞船也都需要电。这就要用到电池了。
电池分成两类：一类是由化学能转变为电能的化学电池，如蓄电池、干电池、燃料电池等；另一类是由光能、原子能转化为电能的太阳能电池和原子能电池，也称物理电池。
蓄电池中的铅蓄电池，是一个小小的“蓄电厂”，用前先要充电，将电能变为化学能储藏起来，使用时将化学能变为电能释放出来。电能用完后，还可以重复充电使用。它大量用做汽车发动机点火和汽车用灯的电源。
干电池中有锌锰电池、锌汞电池、银锌电池、镍镉电池等。100多年前，锌锰电池就诞生了，一直到今天还在广泛地使用着。这种电池外壳用锌制，电池中心有炭棒，炭棒周围包有二氧化锰，炭棒和锌壳间充填着氯化铵和淀粉调制成的电糊。电池电压为1.5伏，体积较大，释放出的电流却较少，经常要调换。
后来，人们研制成了一种锌汞电池。这种电池比锌锰电池能放出更多的电。这样，电池体积就可以做得较小，像纽扣大小，又叫扣式电池。它广泛地应用在电子手表里，一枚可以用上好几年。
20世纪60年代初期，又出现了一种银锌电池。它放出的电能更多，每千克银锌电池可以释放150～200瓦特小时的电，用于导弹和人造卫星上，还可以用在微型电子计算机、电子显示手表上。
上述的干电池都只能用一次。镍镉电池不仅放出的电能多，而且可以反复充电，长期使用。
随着宇宙航天技术的发展，科学家们又研制了一种更高效的燃料电池。这种电池的电解液是30%浓度的氢氧化钾，电极是用烧结镍做的。电池的氢气和氧气化合成水，同时放出电能。每千克燃料电池可以放出200瓦特小时的电能，比银锌电池的电能高。这种电池用在宇宙飞船中，既供应了飞船所需的电力，还可供给宇航员所需的饮用水。原来，燃料电池每发出1度电的同时，还合成了350克水。可以说，这是一举两得了。
1977年，美国发射的宇宙飞船“旅行者1号”、“旅行者2号”，先后飞掠木星、土星，于1990年前后飞出太阳系，进入宇宙深空，开始无尽头的旅行。科学家们还知道，宇宙飞船在飞临海王星时，由于离太阳太远，阳光极其微弱，太阳能电源就无能为力了。
1976年，“海盗1号”和“海盗2号”两艘宇宙飞船先后在火星上着陆，在短短的5格月中得到的火星情况，比以往人类历史上所积累的还要多。飞船着陆时测得火星表面温度0℃左右，到了夜间下降到-100℃。如此巨大的温差，一般化学电池是无法工作的。
上面讲的宇宙飞船用的都是“核电池”。这种核电池叫做“放射性同位素温差发电器”，即原子能电池。这种温差发电器是由许多对性能优异的半导体材料，如锗硅合金，串联起来组成的。另外还得有一个合适的热源和散热器，热源和散热器之间要形成温差，电池才可发电。
温差发电器的热源，可用一些放射性同位素来做。放射性同位素是一种不稳定的同位素，它时刻按照一定的规律在衰变，在衰变的过程中放出α、β、γ等射线，然后变为其他元素，并放出热量。目前，在温差发电器中用做热源的同位素主要是钚-238、锶-90。
