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提到折纸,你会想到什么?是在空中自由飞翔的纸飞机,水中飘飘荡荡的小白船,还是代表着美好祝福的千纸鹤?这门古老朴素又千变万化的艺术,如今已经发展出了一门新的科学——折纸数学,它用方程式证明了:理论上任何一种几何形态都可以用折纸模拟。$$
对于美国宇航局来说,折纸数学可以算是个“老朋友”了。曾经在美国宇航局工作13年后辞职的折纸大神罗伯特·J·朗,用折纸技巧成功设计出了一款可以折叠的太阳能板,极大地减小了卫星的体积。2017年,美国宇航局研发出了一种体积很小但却十分灵活的探索机器人PUFFER,它可以折叠到巴掌大小,既能非常轻易地放入大型航天器中运载到外星球,又能在狭小或环境恶劣的空间中来去自如执行探索任务。、$$
最近,折纸技术又一次在航天项目中大显身手,这次的主人公是哈勃空间望远镜的继任者——詹姆斯·韦伯空间望远镜。作为人类开发的迄今为止最大、最复杂的太空望远镜,也是美国宇航局史上最复杂的项目之一,“詹姆斯·韦伯”因为距离地球太遥远而无法派航天员进行维修保养,所以设计制造必须完美无缺,否则很容易功亏一篑。那么如何将“詹姆斯·韦伯”挤进5米直径的狭小整流罩,还要确保其可以正确无误地展开到工作状态呢?$$
由于望远镜的灵敏度与反射镜的大小直接相关,韦伯望远镜有着比哈勃望远镜大得多的主镜,18个六边形镜头全部展开后,直径达到了6.5米。同时,为了让光学望远镜元件能正确地观察红外光谱,还需要有巨大的遮阳板帮助它保持凉爽。这样一个大个子乘客需要经过12次折叠,才能进入为他准备的客舱,如同一只在蛹中等待羽化的蝴蝶。$$
虽说是采用了折纸的原理,但实现起来可不是简单地对折那么轻松,望远镜的折叠处采用了许多经过应用材料科学专门设计的活动部件。一旦进入轨道,望远镜将需要数月才能完全展开并投入运行,在这个过程中,任何一点差错都可能导致试验失败。$$
为了确保万无一失,美国宇航局设计人员需要在模拟的零重力环境中开展大量测试。受到新冠疫情影响,发射计划再次推迟,不过这也为韦伯望远镜赢得了更充足的测试时间,使其、能够更自信地迎接未来在太空中破茧而出的那一刻。$$
如今,仅仅在美国就有十几个国家级折纸工业应用研究项目,有近40位大学折纸教授以及大量该专业的学生。他们致力于在折纸这种传统艺术中找到汽车安全、太空科技、建筑学、机器人技术、制造业和医药业等许多领域中的难题的解决办法。这门古老的艺术还将与科学碰撞出怎样的火花,让我们拭目以待吧!$$
