基本介紹
內容簡介
周鳳林、王曉蕪、胡炳元主編的《開拓未來的世界》為“物理大視野”第四冊，主要講述了：暢想未來高新技術的發展趨勢、清潔能源的開發與利用、對宇宙未來的探索。在這裡，我們可以感受到智慧型機器人的神奇，體驗量子計算機、雲計算與物聯網勾勒出的信息科技，也可以穿越納米世界，感受微觀和巨觀對接與交融的愜意。
作者簡介
周鳳林，現任上海市嘉定二中黨總支書記、校長，中學高級教師，華東師範大學兼職教授，上海市德育管理實訓基地主持人，上海市嘉定區學術技術帶頭人，上海市嘉定區學校德育研究會副會長，浙江省班主任研究中心兼職研究員，上海市嘉定區班主任中心組專家顧問成員。
從事教育工作33年，先後承擔了全國教育科學“十一五”規劃課題“高中物理課堂小實驗的開發與套用研究”等3個國家級課題及“中青年教師培養‘1369’工程研究”等3個上海市嘉定區重點課題。出版《班主任攻略》、《“問題解決、嘗試研究”的研究型課程的探索》、《公民道德修身課程》等論著7部，發表教育教學論文26篇。
圖書目錄
第一章 深空探測與空間技術
第一節 中國月球探測工程
第二節 深空探測
第三節 空間科學研究
第四節 太空武器
第二章 信息技術的發展
第一節 量子密碼通信
第二節 量子晶片
第三節 量子計算機
第四節 其他新型計算機
第三章 能源的發展與未來
第一節 新能源概況
第二節 核電前沿技術
第三節 理想清潔能源——“人造太陽”
第四節 高效新型太陽能電池
第五節 聚光太陽能發電技術
第六節 聚光光伏技術
第七節 風箏發電
第八節 奇思妙想新能源技術
第四章 電能儲存技術
第一節 電能儲存技術概況
第二節 機械儲能
第三節 電磁場儲能
第四節 化學形式儲能
第五章 未來光電子技術
第一節 光電子技術概述
第二節 單光子控測器
第三節 有機光電功能材料
第四節 光電子技術套用
第六章 納米技術與納米器件
第一節 納米技術概述
第二節 納米電子學技術
第三節 納米光電子技術
第四節 納米發電機
第五節 納米技術在化工領域的套用
第六節 納米技術在其他方面的套用
第七章 未來新技術
第一節 隱形技術
第二節 揭秘反物質
第三節 未來交通工具
第四節 未來航天動力技術
第五節 智慧型武器
第六節 其他高新技術
參考文獻
後記
文摘
中國首個月球探測工程被命名為“嫦娥工程”，它是一項國家戰略性科技工程，將服從和服務於科教興國戰略和可持續發展戰略，以滿足科學、技術、政治、經濟和社會發展的綜合需求為目的，把推進科學技術進步的需求放在首位，力求發揮更大的作用。整個工程規劃貫徹“有所為、有所不為”的方針，選擇有限目標，突出重點，集中力量，力求在關鍵領域取得突破，為深空探測活動奠定堅實的基礎。
根據有關規劃，中國將在2020年前，分三步完成對月球的無人探測。嫦娥工程規劃為三期，簡稱為“繞、落、回”三步走。
一、繞月飛行——嫦娥工程的第一期
(一)工程概要
第一期工程“繞”，即發射中國第一顆月球探測衛星，突破至地外天體的飛行技術，實現首次繞月飛行。
(二)工程目標
嫦娥工程第一期有五大工程目標：一是研製和發射中國第一顆探月衛星，二是初步掌握繞月探測基本技術，三是首次開展月球科學探測，四是初步構建月球探測航天工程系統，五是為月球探測後續工程積累經驗。為此，要突破月球探測衛星的關鍵技術，初步建立中國的深空探測工程大系統，驗證有效載荷和數據解譯等各項關鍵技術，初步建立中國深空探測技術研製體系。
(三)科學目標
一是獲取月球表面三維立體影像，從而劃分月球表面的基本地貌和構造單元，初步編制月球地質構造綱要圖，為後續優選軟著陸區提供參考依據。
二是分析月面有用元素的分布特點，即對月面有用元素進行探測，初步編制各元素的月面分布圖。
三是探測月壤特性。目前月球上已知礦物有100多種，其中的氦3是一種安全、高效、清潔的新型核聚變燃料，可改變人類社會的能源結構，但在地球上十分罕見。每100噸氦3可以解決全球一年的電力供應問題，而月球上的氦3儲量據估算有500萬噸，可滿足人類1萬多年的用電需求。月球潛在礦產資源和能源的開發利用前景，已成為各主要航天國家組織重返月球和開展月球探測的最主要動力。中國首次開展月面的微波輻射探測，將估算全月球月壤厚度，研究月表年齡及演化，獲取月壤中氦3的資源量和分布特徵的數據。
四是探測地月空間環境，記錄原始太陽風數據，研究太陽活動對地月空間環境的影響。
(四)“嫦娥一號”
中國第一顆月球探測衛星“嫦娥一號”於2007年10月24日在西昌衛星發射中心發射升空，並於同年11月7日正式進入工作軌道，11月20日開始傳回探測數據。2009年3月1日16時13分，完成各項探測任務的“嫦娥一號”成功撞擊月球，並準確落於月球預定撞擊點，為中國探月第一期工程畫上了圓滿的句號。
二、落月探測——嫦娥工程的第二期
(一)工程概要
第二期工程“落”，即發射月球軟著陸器，並攜帶月球巡視勘察器(俗稱月球車)，在著陸器落區附近進行就位探測。這一階段將主要突破在地外天體軟著陸和自動巡視勘察的技術。在人類進行的月球與深空探測活動中，環繞探測、軟著陸探測和巡視勘察是最主要的探測手段，軟著陸更是踏上另一個星球進行實地科學探測的第一步。
(二)工程目標
一是突破月球軟著陸、自動巡視勘察、深空測控通信、月夜生存等關鍵技術，提升航天技術水平。 二是研製月球軟著陸探測器和月面巡視探測器，建立地面深空站，獲得包括運載火箭、探測器、深空站等在內的功能模組，具備月球軟著陸探測的基本能力。
三是建立月球探測航天工程基本體系，為後續工程服務。
(三)科學目標
一是月表形貌與地質構造調查。獲取月殼淺層物質結構特性的數據也是國際月球探測與研究的熱點之一。由於月球本身的構造運動在3l億年前就基本結束，因此，獲取月表地質構造信息，開展月球早期構造活動的系統研究，對月球與太陽系類地行星早期的構造演化歷史的研究具有重要的科學意義。
二是月表物質成分和可利用資源調查。月球蘊含豐富的可利用礦產和能源資源。開發和利用月球資源，關係到將來月球基地的選址以及建設方案的選擇。
三是月球內部結構研究。月球內部結構不但體現月球目前的狀態，還記錄著其形成和演化歷史的信息。月球內部結構探測不僅可以使人類清楚認識月球的狀態、結構和組成，而且可以為了解月球的起源和演化歷史提供最可靠、最直接的證據。
四是日一地一月空間環境探測。
五是月基光學天文觀測。月基天文觀測不但與常規的地面觀測相比優勢突出，與一般的空間觀測(空間望遠鏡和天文衛星)相比，仍然具有連續監測時間長、望遠鏡姿態易控制、所需的地面站數量少等顯著優勢。
(四)“嫦娥二號”
“嫦娥二號”於2010年10月1日在西昌衛星發射中心發射升空。與“嫦娥一號”任務相比，“嫦娥二號”任務技術更新、難度更大、系統更複雜。對探月工程起承上啟下關鍵作用的“嫦娥二號”，將實現六個方面的技術創新與突破：
一是突破運載火箭直接將衛星發射至地月轉移軌道的技術。相比“嫦娥一號”先發射到地球附近的轉移軌道，再經過自身多次調整進入奔月軌道，“嫦娥二號”由運載火箭直接送人奔月軌道。“嫦娥一號”用了近14天時間進入工作軌道，“嫦娥二號”7天以內就可做到。因此，“嫦娥二號”任務所需的運載火箭推力更大，對人軌精度和控制精度的要求更高。
二是試驗x頻段深空測控技術，初步驗證深空測控體制。“嫦娥二號”任務首次驗證了中國新建的x頻段深空測控體制。相比“嫦娥一號”任務中使用的s頻段衛星測控網，x頻段無線電傳輸信號頻率更高，遠距離測控通信效果更好。
三是驗證100千米月球軌道捕獲技術。“嫦娥一號”在距月面200千米處被月球捕獲，而“嫦娥二號”在距月面100千米處進行制動，飛行速度更快，軌道更低，同時，月球不均勻重力場對衛星軌道的攝動影響也相應增大，大大提高了對衛星制動控制精度的要求。
四是測試將飛行軌道由100千米圓軌道調整為100千米×15千米橢圓軌道的能力。
五是試驗全新的著陸用相機，數據傳輸能力大幅提高。“嫦娥二號”增加配置了著陸用相機，以檢驗對月成像能力，為“嫦娥三號”在月面軟著陸做準備。“嫦娥二號”的數據傳輸速率比“嫦娥一號”提高了1倍。
六是對“嫦娥三號”預選著陸區進行高解析度成像試驗。P2-7
後記
領略物理世界精妙激發科學探究興趣
“物理大視野”原是在教育部呂福源副部長倡導下組織的關於物理科學的科普展覽。在中央電教館王曉蕪副館長的提議下，我們將原科普展的“認識久遠的世界”、“改變昨天的世界”、“推動當今的世界”、“開拓未來的世界”四個主題，以圖文並茂的形式呈現給廣大讀者，力求將深奧的物理學演繹成通俗的物理髮展史畫卷，讓更多的讀者領略物理世界的精妙，激發科學探究的興趣。
這套叢書是一套主要針對青少年的科普讀物，共分四冊，每冊包含一個主題。在編寫的過程中，我們力求做到：遵循“兩個脈絡”，一是物理學科的發展過程脈絡(起源和演變)，二是呼應中學物理學科《國家課程標準》的知識體系脈絡；關注“一個節點”，在物理學發展進程上曾經產生過重大影響的人和事；體現“三類情節”，一是圍繞著名物理假想、定理、定律的提出、實證和演繹，二是攫取科學發展進程中的重大發現，三是重要科學人物的主要事件(成功之道或功虧一簣之惋惜)情節。
我們力求做到：用通俗生動的語言、豐富的實例和精美的圖片揭示許多高新技術的奧秘，讓讀者可以近距離了解遙遠的物理世界，觸摸當今的科技前沿。在整套叢書的編寫過程中，我們字斟句酌，從語句的表達到思想的詮釋，努力做到科學性、思想性和藝術性的統一，希望在豐富青少年的知識儲備的同時，能夠讓更多人喜歡物理，探索物理世界的奧秘。
雖然我們付出了很大的努力，仍然不可避免地存在一些問題和不足，誠懇地希望讀者提出批評和建議，以便我們在以後不斷完善。引用[美]丹尼爾·戈爾曼的一段話：它不一定面面俱到，但應該視角獨特；它未必百分之百正確，但或許能給人啟迪；它也許給不出答案，但能拓展人的思考空間。
在這套叢書付梓之際，真誠感謝上海市教委基教處倪閔景處長對這套叢書的肯定，並為其作序！真誠感謝上海科普教育發展基金會對這套叢書出版的大力資助！
最後，借用《物理大視野》原科普展時的結束語：
這是物理的世界，科學的世界，人類為之自豪的世界。
當你讀完這套叢書之後，假如你記住了一棵樹、一個人、一段故事或一點新知，我們將為此而滿足。
假如你由此推開興趣之門，進入這片神奇而廣闊的物理世界，我們將由衷欣喜。
假如在不久的將來，在諾貝爾獎獲得者名單中看到了你的名字——一個中國人的名字，我們將為你歡呼和自豪！
周鳳林
2012年2月18日
序言
呂福源同志在教育部期間，非常關注基礎教育改革，力主教育創新，反對因循守舊、墨守成規，十分強調實施素質教育的關鍵在於教育創新。也正是在他擔任教育部常務副部長並直接分管基礎教育期間，拉開了新教改的帷幕。
出於對物理學深厚的情感和造詣，2000年，在他的指示和親自指導下，我們組織籌辦了“物理大視野”科普展覽。“物理大視野”包括“認識久遠的世界”、“改變昨天的世界”、“推動當今的世界”、“開拓未來的世界”四個篇章，用生動的文字和珍貴的圖片，把深奧的物理學演繹成通俗的物理髮展史畫卷，意圖讓更多的人領略到物理學發展的精妙，從而激發起科學探究的興趣。
上海市嘉定二中將“物理大視野”科普展覽以教育館的形式保留了下來，並形成一套以《物理大視野》為題的科普讀物，讓學生們能夠經常遊歷在物理學發展長河之中，這是一項非常有益的工作。對於學習和教學，傳授知識固然重要，但給學生介紹一項科學成就的時候，要讓學生知道它的發生和發展的過程，還要知道還有哪些未知的謎題需要解答。要從知識發展這個思路上，說清楚知識發生、發展的歷程，特別是前人的失敗或教訓，不要一下子把拿來的知識都講成是“絕對真理”。這樣可以讓學生們每接觸到新事物、新概念、新東西，都能自覺培養獨立思考的意識和能力，並真正有興趣去了解、鑽研這個知識的發展過程。
長期以來，嘉定二中深入開展物理創新教改，在學生中倡導“小製作”活動，激發學生進行科學探究的興趣，並研發出上百項具有自主智慧財產權的創新教具。“小製作”也可以打開“大視野”，嘉定二中教師和學生們的所作所為，讓我感到敬佩。
王曉蕪
中央電教館副館長
2011年12月25日
