2003年2月1日，美國佛羅裏達州卡納維拉爾角，晴空萬裏。聚集在美國國家航空航天局（NASA）航天中心的人們急切地等待著哥倫比亞號航天飛機的歸來。按計劃，哥倫比亞號將於9時16分著陸。然而
，哥倫比亞號再也沒有出現在等待的人們的視野裏。距著陸還有16分鍾，哥倫比亞號在亞利桑那州上空解體……

　　我wo們men難nan忘wang人ren類lei為wei探tan索suo和he認ren識shi太tai空kong而er付fu出chu的de犧xi牲sheng。然ran而er
，這zhe種zhong以yi生sheng命ming和he航hang天tian飛fei機ji為wei代dai價jia的de付fu出chu是shi很hen難nan讓rang人ren承cheng受shou的de。航hang空kong航hang天tian飛fei行xing安an全quan的de需xu求qiu促cu進jin了le智zhi能neng蒙meng皮pi（Smart Skin）等技術的發展。

NASA納米技術路線圖

　　逝去的航天飛機

　　由於技術原因而在兩年內13次推遲發射的哥倫比亞號航天飛機

，最終於2003年1月16日，在卡納維拉爾角航天發射中心發射升空，開始執行它的第28次太空任務。

　　發(fa)射(she)階(jie)段(duan)，航(hang)天(tian)飛(fei)機(ji)各(ge)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)正(zheng)常(chang)。然(ran)而(er)
，助(zhu)推(tui)燃(ran)料(liao)箱(xiang)外(wai)敷(fu)的(de)保(bao)溫(wen)泡(pao)沫(mo)材(cai)料(liao)，因(yin)受(shou)熱(re)膨(peng)脹(zhang)從(cong)燃(ran)料(liao)箱(xiang)上(shang)大(da)量(liang)脫(tuo)落(luo)，其(qi)中(zhong)一(yi)塊(kuai)手(shou)提(ti)箱(xiang)大(da)小(xiao)的(de)泡(pao)沫(mo)材(cai)料(liao)高(gao)速(su)撞(zhuang)擊(ji)到(dao)航(hang)天(tian)飛(fei)機(ji)的(de)左(zuo)翼(yi)。撞(zhuang)擊(ji)過(guo)程(cheng)被(bei)監(jian)控(kong)錄(lu)像(xiang)記(ji)錄(lu)並(bing)傳(chuan)到(dao)控(kong)製(zhi)中(zhong)心(xin)。由(you)於(yu)航(hang)天(tian)飛(fei)機(ji)在(zai)重(zhong)返(fan)大(da)氣(qi)層(ceng)時(shi)，速(su)度(du)高(gao)達(da)1.7萬千米/小時，在與空氣劇烈摩擦中
，航天飛機表麵會產生1500℃的高溫，為保護機身免受高溫造成的損傷
，航天飛機周身貼了2~3萬塊可以耐受1650℃高溫的陶瓷絕熱片。

　　zhuanjiamencongluxiangshangwufapanduanjiujingshijinsunshangletaocijuerepianhaishijichuantaocipianjinershangjiyiban，eryuhangyuanmencongjiashicanggenbenwufakandaoliangyi
，jiazhilaizihangtianfeijideyaocexinhaoyedouzhengchang。jianyuyiwangpaomocailiaodetuoluoyishijiachangbianfan，yushi
，dimianzhuanjiagenjujingyandechumeiyoushangjiyiban
、不影響此次任務的結論。

　　2月1日，哥倫比亞號在太空逗留了16天之後踏上歸途。8時49分，哥倫比亞號開始減速。8時52分
，儀器顯示，左翼靠近起落架地區，溫度比右翼高出8～15℃，而且溫差還在繼續拉大。在航天員報告飛行正常後，控製中心的專家認為可能是溫度傳感器出現故障。8時56分，溫差加大到33℃。1fenzhonghou，zuoyidewenduchuanganqishiqulianxi，erhangtianfeijisifuxitongchuanlaideshujubiaoming，hangtianfeijibuduanxiangzuoceqingxie
，youchixudibeizidongjiashixitongsuoxiuzheng。8時59fen，kongzhizhongxindezhuanjiamengandaobumiao，quelianxibushanggelunbiyahao，hangtianfeijiyudaqijuliemocachanshengdedenglizitijianghangtianfeijijinmidibaoweizhu
，zhongduanlehangtianfeijiyudimianzhijiansuoyoudewuxiandianlianxi……

　　哥倫比亞號啟示錄

　　一年半之後，NASA公布了調查結果：一塊重達0.75千qian克ke的de泡pao沫mo材cai料liao高gao速su撞zhuang擊ji航hang天tian飛fei機ji左zuo翼yi前qian緣yuan的de熱re保bao護hu係xi統tong並bing形xing成cheng裂lie隙xi。航hang天tian飛fei機ji重zhong返fan大da氣qi層ceng後hou
，超chao高gao溫wen氣qi體ti從cong裂lie隙xi處chu進jin入ru機ji體ti
，最zui終zhong造zao成cheng航hang天tian飛fei機ji解jie體ti。

　　之後
，NASA製定了新的標準，規定脫落的泡沫材料最大重量不得超過14.17克（0.5盎司）
，yibimianpaomocailiaozaifashejieduantuoluohousunshanghangtianfeijiderebaohuceng。danshi，zaichongmantaikonglajidetaikongaoyou，hangtianqiyiranyoubeitaikonglajijizhongdekeneng。

　　通常，外來物對航天飛機撞擊造成的損害有三種：一是擊中要害直接造成航天飛機被摧毀；二是撞擊產生的形變影響到航天飛機的氣動性能，進而在重返大氣層後造成航天飛機飛行姿態的失控；三是遭遇到與哥倫比亞號相同情況。

　　因此
，如何確定航天飛機熱保護係統是否受到損傷以及損失的程度，就成為安全飛行的重要問題。

　　NASA航天飛機設計師Scott Hubbard事後分析道，哥倫比亞號是美國建造的首架航天飛機，它是基於上世紀70年代的技術水平建造，並於1981年4月12日(ri)進(jin)行(xing)首(shou)飛(fei)。哥(ge)倫(lun)比(bi)亞(ya)號(hao)上(shang)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)很(hen)古(gu)老(lao)，性(xing)能(neng)跟(gen)現(xian)在(zai)的(de)筆(bi)記(ji)本(ben)電(dian)腦(nao)差(cha)不(bu)多(duo)，不(bu)要(yao)說(shuo)機(ji)翼(yi)上(shang)的(de)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)沒(mei)有(you)聯(lian)機(ji)，就(jiu)算(suan)是(shi)聯(lian)機(ji)了(le)，計(ji)算(suan)機(ji)也(ye)無(wu)法(fa)實(shi)時(shi)處(chu)理(li)大(da)量(liang)數(shu)據(ju)。

　　事shi實shi上shang，即ji便bian是shi計ji算suan機ji性xing能neng足zu夠gou強qiang大da，而er且qie機ji翼yi內nei嵌qian的de溫wen度du傳chuan感gan器qi的de信xin號hao也ye傳chuan送song到dao中zhong央yang計ji算suan機ji係xi統tong中zhong，慘can劇ju依yi舊jiu不bu可ke避bi免mian。因yin為wei航hang天tian飛fei機ji處chu在zai太tai空kong，空kong氣qi極ji端duan稀xi薄bo，損sun傷shang部bu位wei的de溫wen度du不bu會hui產chan生sheng變bian化hua，飛fei行xing姿zi態tai也ye不bu會hui受shou到dao影ying響xiang。而er航hang天tian飛fei機ji重zhong返fan大da氣qi層ceng後hou
，當dang溫wen度du傳chuan感gan器qi測ce出chu溫wen度du變bian化hua時shi，已yi經jing為wei時shi過guo晚wan。因yin為wei航hang天tian飛fei機ji的de降jiang落luo程cheng序xu是shi單dan向xiang的de，一yi旦dan啟qi動dong就jiu不bu可ke逆ni轉zhuan。即ji便bian是shi可ke以yi逆ni轉zhuan，航hang天tian飛fei機ji上shang儲chu備bei的de燃ran料liao也ye不bu足zu以yi使shi航hang天tian飛fei機ji重zhong新xin獲huo得de2.84萬千米/小時的第一宇宙速度以擺脫地心的引力
，而且
，航天飛機上儲存的氧氣僅有5天的富裕量，時間上很難滿足NASA組織另一次救援發射的需求。

　　從(cong)物(wu)聯(lian)網(wang)的(de)角(jiao)度(du)看(kan)，哥(ge)倫(lun)比(bi)亞(ya)號(hao)的(de)失(shi)事(shi)是(shi)一(yi)係(xi)列(lie)因(yin)素(su)造(zao)成(cheng)的(de)。技(ji)術(shu)上(shang)最(zui)大(da)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)沒(mei)有(you)及(ji)時(shi)對(dui)航(hang)天(tian)飛(fei)機(ji)上(shang)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)更(geng)新(xin)換(huan)代(dai)。具(ju)體(ti)到(dao)傳(chuan)感(gan)層(ceng)麵(mian)，首(shou)先(xian)是(shi)沒(mei)有(you)合(he)適(shi)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)撞(zhuang)擊(ji)的(de)第(di)一(yi)時(shi)間(jian)對(dui)損(sun)傷(shang)信(xin)息(xi)進(jin)行(xing)判(pan)斷(duan)；ershichuanganqiweinengyuhangtianfeijishangdezhongyangjisuanjixitonglianwang。zaichuanshucengmian，zaihangtianfeijizhongfandaqicengshichanshengjuyouqiangliepingbizuoyongdedenglizitishi，yingjiangchuanshulianlushishidisuoduanzhihangtianfeijinei——將信號送至機內計算機中
，以保障航天飛機能夠實時而連續地處理來自傳感器的數據
；而在後台處理上
，應該由控製中心中央計算機提供決策支持

，而不是靠以往的經驗行事。

　　哥(ge)倫(lun)比(bi)亞(ya)號(hao)給(gei)我(wo)們(men)帶(dai)來(lai)的(de)啟(qi)發(fa)是(shi)
，在(zai)物(wu)聯(lian)網(wang)應(ying)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)，必(bi)須(xu)具(ju)備(bei)充(chong)分(fen)的(de)行(xing)業(ye)知(zhi)識(shi)和(he)經(jing)驗(yan)，要(yao)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)到(dao)應(ying)用(yong)的(de)需(xu)求(qiu)和(he)所(suo)處(chu)的(de)環(huan)境(jing)
，而(er)且(qie)，除(chu)了(le)考(kao)慮(lv)正(zheng)常(chang)使(shi)用(yong)時(shi)的(de)功(gong)能(neng)外(wai)，更(geng)要(yao)注(zhu)重(zhong)故(gu)障(zhang)期(qi)的(de)應(ying)急(ji)響(xiang)應(ying)。傳(chuan)感(gan)器(qi)網(wang)絡(luo)的(de)高(gao)端(duan)應(ying)用(yong)

　　如(ru)果(guo)能(neng)像(xiang)仿(fang)生(sheng)學(xue)那(na)樣(yang)
，讓(rang)航(hang)天(tian)飛(fei)機(ji)熱(re)保(bao)護(hu)層(ceng)具(ju)有(you)生(sheng)物(wu)皮(pi)膚(fu)的(de)功(gong)能(neng)，那(na)麼(me)，被(bei)撞(zhuang)擊(ji)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)損(sun)傷(shang)的(de)程(cheng)度(du)就(jiu)可(ke)以(yi)在(zai)第(di)一(yi)時(shi)間(jian)確(que)定(ding)，這(zhe)就(jiu)是(shi)智(zhi)能(neng)蒙(meng)皮(pi)技(ji)術(shu)。

　　雖sui然ran廣guang義yi上shang說shuo智zhi能neng蒙meng皮pi也ye屬shu於yu傳chuan感gan器qi網wang絡luo
，但dan智zhi能neng蒙meng皮pi與yu當dang下xia流liu行xing的de傳chuan感gan器qi網wang絡luo還hai是shi有you很hen大da的de區qu別bie的de
，這zhe是shi因yin為wei智zhi能neng蒙meng皮pi應ying用yong在zai宇yu航hang時shi
，須xu要yao監jian測ce振zhen動dong、壓強

、張力
、電dian磁ci波bo等deng多duo種zhong物wu理li量liang，而er且qie傳chuan感gan器qi還hai要yao被bei嵌qian入ru到dao陶tao瓷ci片pian中zhong，你ni既ji要yao考kao慮lv傳chuan感gan器qi的de尺chi寸cun

，又you要yao考kao慮lv傳chuan感gan器qi與yu陶tao瓷ci片pian的de膨peng脹zhang係xi數shu問wen題ti，還hai要yao考kao慮lv到dao在zai1000多度的超高溫下傳感器能夠正常工作。

　　智能蒙皮更多地應用於航天器、飛行器上，通過嵌入光纖、壓電陶瓷
、有機薄膜以及電阻絲、半導體等傳感器來探測多種物理量。其中光纖傳感器扮演著重要的角色，它可以監測溫度
、聲、光、磁、壓力、加速度、核輻射、x射線等物理量的變化，具有測量精度高
、頻率響應高
、抗(kang)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)性(xing)強(qiang)等(deng)特(te)點(dian)，而(er)且(qie)體(ti)積(ji)小(xiao)，重(zhong)量(liang)輕(qing)
，耐(nai)高(gao)溫(wen)，耐(nai)腐(fu)蝕(shi)，防(fang)潮(chao)，易(yi)於(yu)與(yu)基(ji)體(ti)結(jie)構(gou)集(ji)成(cheng)。即(ji)便(bian)是(shi)耐(nai)高(gao)溫(wen)性(xing)能(neng)突(tu)出(chu)
，普(pu)通(tong)的(de)光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)也(ye)難(nan)以(yi)勝(sheng)任(ren)航(hang)天(tian)器(qi)外(wai)表(biao)麵(mian)1500℃的工作環境，而藍寶石光纖傳感器則可輕鬆承擔，其溫度測量上限可到1800℃。

　　智能蒙皮不僅能夠實時監測多種物理量
，而且還可以對航天飛機陶瓷片等蒙皮進行全生命周期的監測
，防患於未然。

　　除chu了le被bei動dong監jian測ce外wai，智zhi能neng蒙meng皮pi技ji術shu還hai可ke以yi用yong於yu主zhu動dong監jian測ce。美mei國guo空kong軍jun正zheng在zai研yan究jiu把ba相xiang控kong陣zhen天tian線xian放fang到dao飛fei機ji蒙meng皮pi中zhong，以yi安an裝zhuang更geng多duo的de天tian線xian單dan元yuan。這zhe樣yang不bu僅jin可ke以yi加jia大da高gao探tan測ce距ju離li，而er且qie由you於yu天tian線xian單dan元yuan遍bian布bu機ji身shen而er不bu在zai局ju限xian機ji頭tou，從cong而er消xiao除chu了le雷lei達da探tan測ce盲mang區qu。

　　智能蒙皮的獨特優勢引發了多國研究機構和軍方的重視

，如NASA的納米計劃，共分三個相互關聯的主題：一是納米電子學與計算，其重點在分子電子學與光電子學、計算架構和裝配
；二是傳感器，其重點為生命探測、乘務組健康與安全、航天器健康；三是結構材料
，其重點放在複合材料
、多功能材料以及材料的自愈。

　　明確而清晰的發展路線圖，從應用和係統的角度出發

，研究中注重各主題之間的關聯，注重基礎性關鍵技術的研發，這些既是NASA納米計劃的特點，也是我們發展物聯網應該借鑒的。