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編者按：美國《大眾科學(xué)》（Popular Science）每年都會評選全球最佳科技創(chuàng)新大獎，這一評選已經(jīng)堅持了30余年。其選擇趨勢從以前的優(yōu)秀技術(shù)成果，已經(jīng)轉(zhuǎn)向那些會引領(lǐng)未來的科研創(chuàng)新。今年獲獎名單分為幾個類別：醫(yī)療、電子產(chǎn)品、汽車、個人護(hù)理、航空航天、工程設(shè)計、娛樂、家居、安全、體育和戶外活動，有哪些產(chǎn)品和技術(shù)上榜，一起來看看吧。本文來自編譯。

增強(qiáng)現(xiàn)實、人工智能和自主權(quán)是2021年空中和太空領(lǐng)域的一些技術(shù)關(guān)鍵詞。人工智能算法正幫助飛機(jī)以更有效的方式飛行，虛擬敵人正在訓(xùn)練飛行中的飛行員，而自動無人駕駛飛行器在偵察前方的天空。太空中，美國國家航空航天局的一個探測器將航行到地球軌道之外。這可能看起來都是華而不實的未來主義的東西，但有一個贏家代表了給予飛機(jī)乘客的一個小小的但很有用的福利——在美聯(lián)航的一些航班上，現(xiàn)在可以使用無線耳機(jī)連接到椅背娛樂系統(tǒng)了。

大獎得主：更智能的飛行計劃系統(tǒng)

Alaska Airlines

以任何兩個機(jī)場之間的飛行為例，航空公司的調(diào)度員有一個關(guān)鍵作用：他們事先決定飛機(jī)沿途要飛的路線，在起飛前向聯(lián)邦航空局提交飛行計劃。這些地面工作人員必須考慮天氣、限制性軍事空域等變量。通常情況下，他們只是采用一個預(yù)先存在的方案?，F(xiàn)在，阿拉斯加航空公司的調(diào)度員們有了一個人工智能助手。該軟件由初創(chuàng)公司Airspace Intelligence創(chuàng)建，可以建議城市間的定制路線，然后調(diào)度員可以選擇接受或不接受。這些建議帶來了效率的提升，阿拉斯加航空公司表示，自從他們開始使用該系統(tǒng)以來，有超過28000個航班的路線得到了優(yōu)化，估計節(jié)省了1550萬磅的燃料，從而減少了24490噸的二氧化碳排放。這些航班往往會提前幾分鐘降落，不僅如此，航空公司還能更準(zhǔn)確地知道飛機(jī)何時真正著陸。同時，乘客們有望花更少的時間在機(jī)場轉(zhuǎn)悠和等待航班抵達(dá)。

一個巨大的可重復(fù)使用的火箭系統(tǒng)

SpaceX

SpaceX將其未來押在一個非常大的飛行器上。約165英尺高的不銹鋼星際飛船旨在到達(dá)地球軌道、月球、甚至火星，然后通過垂直著陸完整地返回地球。未來，這艘完全可重復(fù)使用的飛船甚至可以在不到一小時的時間內(nèi)運(yùn)送人員和貨物橫跨地球。埃隆·馬斯克的科幻夢想實現(xiàn)得很慢——最初的幾次試飛以壯觀的爆炸火球結(jié)束。但在5月，一艘 “星際飛船”原型機(jī)終于成功著陸，展示了一個復(fù)雜的 “腹翻”動作，包括從數(shù)英里高的天空中水平自由落體，然后飛船在發(fā)射臺上方擺正。此后的幾個月里，該公司開始制造巨大的助推火箭，為可能成為世界上最強(qiáng)大和最經(jīng)濟(jì)的發(fā)射系統(tǒng)的第一次軌道測試做準(zhǔn)備。

天空中的藍(lán)牙連接

United

通過椅背娛樂系統(tǒng)觀看《冰雪奇緣2》時插上耳機(jī)已經(jīng)成為過去?，F(xiàn)在不是了，從去年夏天開始，任何一架美聯(lián)航737 MAX 8飛機(jī)上的乘客都可以用自己的耳機(jī)（AirPods或其他耳機(jī)）通過藍(lán)牙連接到椅背上的松下娛樂系統(tǒng)。

戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的增強(qiáng)現(xiàn)實訓(xùn)練

Red 6

軍事飛行員通常要么在地面上的模擬器中，要么在天空中的真實飛機(jī)中進(jìn)行訓(xùn)練，但一家名為Red 6的公司的新技術(shù)融合了這兩種理念。戰(zhàn)斗機(jī)飛行員在現(xiàn)實中飛行時可以戴上帶有機(jī)載戰(zhàn)術(shù)增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)（ATARS）的頭盔，在他們的面罩上看到虛擬的對手或空中的友軍。這創(chuàng)造了一個更真實的場景，而不是簡單地在飛機(jī)的雷達(dá)上模擬虛構(gòu)的飛機(jī)的存在。戰(zhàn)斗機(jī)飛行員可以在空中進(jìn)行模擬的多機(jī)演習(xí)訓(xùn)練。這項技術(shù)還避免了讓多架真實飛機(jī)升空的成本和后勤上的復(fù)雜性。Red 6公司正在為美國空軍改裝一架帶有ATARS的T-38訓(xùn)練機(jī)，下一步可能會對F-16進(jìn)行同樣的改裝。

真正以太陽能為動力的太空探索

NASA

為了在太空中航行，探測器需要發(fā)射推進(jìn)器，并在其身后噴出一串熱氣。但NASA工程師為7月發(fā)射而準(zhǔn)備的鞋盒大小的近地小行星（NEA）偵察器，將穿越數(shù)千萬英里，幾乎完全由陽光推動前進(jìn)。該航天器的校車大小的太陽帆是由一種堅韌的、類似于Saran-wrap的塑料制成的，探測器離開我們的星球時可以捕捉到太陽光。這項技術(shù)建立在以前的低地球軌道原型示范上，如LightSail 2。在兩年的時間里，NEA Scout將把它的速度調(diào)整為5000英里/小時或以上，這足以與一顆小行星的速度相匹配。它可以繪制小行星的大部分表面，弄清小行星是由什么構(gòu)成的，并確定它是否是人類探索的一個好目標(biāo)。這項技術(shù)成本約為3000萬美元，大約是一個更大的、需要燃料的發(fā)射任務(wù)的十分之一。

用“月塵”制作的磚塊

Redwire

如果人類有朝一日在月球上建造住宅，那么月球建筑的秘密可能在于三塊灰色的、手掌大小的磚塊，它們簡陋的外觀掩蓋了其非凡的根源。這些磚塊來自國際空間站上的一臺3D打印機(jī)，該打印機(jī)在地球上空約250英里處的近零重力下將它們擠壓出來。它們主要是由模擬月塵或 “風(fēng)化層”制成的，其中包括硅和氧化鋁等化合物。宇航員在打印機(jī)上安裝了定制的附件，使設(shè)備能夠熔化風(fēng)化層，而不是通常的塑料，這是在太空中進(jìn)行的第一次3D打印。研究人員希望該機(jī)器的超大版本有朝一日能真正將月球塵土變成必要的基礎(chǔ)設(shè)施，如月球道路和著陸點。

機(jī)器人僚機(jī)的大腦

General Atomics

損失一架由人工智能駕駛的無人機(jī)，要比損失一架F-35戰(zhàn)機(jī)和里面的駕駛員代價小得多，這就是為什么空軍對未來的設(shè)想包括類似戰(zhàn)斗機(jī)的無人機(jī)與傳統(tǒng)飛機(jī)合作。這些機(jī)器人飛機(jī)可以在有飛行員的飛機(jī)之前飛行，以發(fā)回情報或在危險地區(qū)進(jìn)行軍事打擊?？哲姷腟kyborg計劃不想將智能與任何特定的硬件結(jié)合起來，因此它正在開發(fā)自主核心系統(tǒng)，或ACS，以駕駛不同型號的無人機(jī)。該系統(tǒng)已經(jīng)被用于駕駛一家名為Kratos的公司的無人機(jī)，以及多架通用原子公司的MQ-20復(fù)仇者無人機(jī)。

一個安全摧毀衛(wèi)星的計劃

Astroscale

今天，有3000多顆“死亡”的衛(wèi)星正環(huán)繞著地球。為應(yīng)對這一日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)而成立的Astroscale公司，展示了一種方法，當(dāng)衛(wèi)星的服役時間到了，就把它們拖住，拉到大氣層中以可控的方式燒毀。3月，它發(fā)射了ELSA-d航天器，該航天器的特點是有一個磁環(huán)，可以扣在任何其他配備有匹配組件的衛(wèi)星上；8月，它釋放了一個近40磅的盒子，并在試運(yùn)行中捕獲了盒子。接下來，任務(wù)控制人員將賦予ELSA-d一項更為艱巨的任務(wù)：使用傳感器半自動地追趕并抓住同一個盒子，而盒子正在失控地旋轉(zhuǎn)。如果成功，該飛行器將為能夠處理重達(dá)1750磅的兼容衛(wèi)星的更大模型鋪平道路。

一架為戰(zhàn)斗機(jī)加油的無人機(jī)

Boeing

海軍的一架F/A-18 “超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)在空中需要更多的燃料時，需要另一架 “超級大黃蜂”戰(zhàn)斗做這項工作。但這些噴氣機(jī)是為了戰(zhàn)斗而設(shè)計的，而不是為空中加油?，F(xiàn)在MQ-25 “黃貂魚”來了，在2021年的測試中，這架51英尺長的無人機(jī)已經(jīng)為F/A-18、F-35C和E-2D實現(xiàn)加油，成為第一架為另一架飛機(jī)加油的無人飛機(jī)，創(chuàng)造了歷史。最終，這些無人機(jī)應(yīng)該能夠從航空母艦上起飛和降落，讓過去幫助加油的戰(zhàn)斗機(jī)騰出手來執(zhí)行其主要任務(wù)。美國海軍可能會購買多達(dá)70架這樣的飛機(jī)。

配備離子驅(qū)動推進(jìn)器的新空間站

CMSA

一個新的最先進(jìn)的前哨站出現(xiàn)在了地球軌道上。中國于2021年4月29日發(fā)射了天宮空間站的核心艙，目前正在接待第二批乘員。天宮2022年建成后，其大小將約為國際空間站的六分之一，但它已經(jīng)具備了國際空間站老化后所沒有的功能：三人組的宇航員現(xiàn)在可以在他們長達(dá)數(shù)月的逗留期間享受熱餐，這得益于為太空使用而設(shè)計的定制微波爐。而且，作為載人飛行器的首創(chuàng)，該艙配備了四個離子驅(qū)動裝置——使用電力來驅(qū)逐帶電粒子的超高效推進(jìn)器。

譯者：蒂克偉

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