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編者按：美國《大眾科學》（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)秀技術成果，已經(jīng)轉向那些會引領未來的科研創(chuàng)新。今年獲獎名單分為幾個類別：醫(yī)療、電子產(chǎn)品、汽車、個人護理、航空航天、工程設計、娛樂、家居、安全、體育和戶外活動，有哪些產(chǎn)品和技術上榜，一起來看看吧。本文來自編譯。

增強現(xiàn)實、人工智能和自主權是2021年空中和太空領域的一些技術關鍵詞。人工智能算法正幫助飛機以更有效的方式飛行，虛擬敵人正在訓練飛行中的飛行員，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

以任何兩個機場之間的飛行為例，航空公司的調度員有一個關鍵作用：他們事先決定飛機沿途要飛的路線，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先存在的方案?，F(xiàn)在，阿拉斯加航空公司的調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，航空公司還能更準確地知道飛機何時真正著陸。同時，乘客們有望花更少的時間在機場轉悠和等待航班抵達。

一個巨大的可重復使用的火箭系統(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，這艘完全可重復使用的飛船甚至可以在不到一小時的時間內運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束。但在5月，一艘 “星際飛船”原型機終于成功著陸，展示了一個復雜的 “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大和最經(jīng)濟的發(fā)射系統(tǒng)的第一次軌道測試做準備。

天空中的藍牙連接

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飛機上的乘客都可以用自己的耳機（AirPods或其他耳機）通過藍牙連接到椅背上的松下娛樂系統(tǒng)。

戰(zhàn)斗機飛行員的增強現(xiàn)實訓練

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中進行訓練，但一家名為Red 6的公司的新技術融合了這兩種理念。戰(zhàn)斗機飛行員在現(xiàn)實中飛行時可以戴上帶有機載戰(zhàn)術增強現(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的雷達上模擬虛構的飛機的存在。戰(zhàn)斗機飛行員可以在空中進行模擬的多機演習訓練。這項技術還避免了讓多架真實飛機升空的成本和后勤上的復雜性。Red 6公司正在為美國空軍改裝一架帶有ATARS的T-38訓練機，下一步可能會對F-16進行同樣的改裝。

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。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成的，并確定它是否是人類探索的一個好目標。這項技術成本約為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，該打印機在地球上空約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。宇航員在打印機上安裝了定制的附件，使設備能夠熔化風化層，而不是通常的塑料，這是在太空中進行的第一次3D打印。研究人員希望該機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設施，如月球道路和著陸點。

機器人僚機的大腦

General Atomics

損失一架由人工智能駕駛的無人機，要比損失一架F-35戰(zhàn)機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想包括類似戰(zhàn)斗機的無人機與傳統(tǒng)飛機合作。這些機器人飛機可以在有飛行員的飛機之前飛行，以發(fā)回情報或在危險地區(qū)進行軍事打擊?？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。該系統(tǒng)已經(jīng)被用于駕駛一家名為Kratos的公司的無人機，以及多架通用原子公司的MQ-20復仇者無人機。

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。為應對這一日益嚴峻的挑戰(zhàn)而成立的Astroscale公司，展示了一種方法，當衛(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，并在試運行中捕獲了盒子。接下來，任務控制人員將賦予ELSA-d一項更為艱巨的任務：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。如果成功，該飛行器將為能夠處理重達1750磅的兼容衛(wèi)星的更大模型鋪平道路。

一架為戰(zhàn)斗機加油的無人機

Boeing

海軍的一架F/A-18 “超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機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。但這些噴氣機是為了戰(zhàn)斗而設計的，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加油的無人飛機，創(chuàng)造了歷史。最終，這些無人機應該能夠從航空母艦上起飛和降落，讓過去幫助加油的戰(zhàn)斗機騰出手來執(zhí)行其主要任務。美國海軍可能會購買多達70架這樣的飛機。

配備離子驅動推進器的新空間站

CMSA

一個新的最先進的前哨站出現(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)在可以在他們長達數(shù)月的逗留期間享受熱餐，這得益于為太空使用而設計的定制微波爐。而且，作為載人飛行器的首創(chuàng)，該艙配備了四個離子驅動裝置——使用電力來驅逐帶電粒子的超高效推進器。

譯者：蒂克偉

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關鍵詞： 大眾科學 航空航天