艾姆斯研究中心

艾姆斯研究中心（Ames Research Center），也稱為美國宇航局艾姆斯，是美國宇航局位於加利福尼亞州矽谷莫菲特聯邦機場的一處大型研究中心。1939年成立之初為美國國家航空諮詢委員會（NACA）下轄第二實驗室。1958年10月1日，該機構撤消，其資產及人員併入新成立的美國國家航空航天局。「美國宇航局艾姆斯」這一名稱取自物理學家、國家航空諮詢委員會創始成員之一-「約瑟夫·斯威特曼·艾姆斯」（Joseph Sweetman Ames）。據最新估計，美國宇航局艾姆斯擁有超過30億美元資本的設備、2300名研究人員和8.6億美元的年度預算。

艾姆斯成立之初主要專門從事螺旋槳飛機空氣動力學的風洞研究，迄至今日，其研究範圍已涵蓋航太和資訊技術領域。艾姆斯在美國宇航局的許多任務中都扮演著重要角色，在天體生物學、小型衛星、月球探測機器人、尋找宜居行星、開發超級計算機、智能/自適應系統、先進熱防護以及航空天文學等方面發揮著主導作用。艾姆斯還為更安全、更高效的航空管理開發系統工具。該中心現任主管為「彼得·沃登」（Pete Worden）。

該機構是數項關鍵任務（克卜勒太空望遠鏡、同溫層紅外線天文台（SOFIA）、太陽界面區成像光譜儀衛星）的運行控制中心，獵戶座載人探索飛船的參與者，它也是「新探索焦點」的主要貢獻者。

## 任務

雖然艾姆斯是美國宇航局的一個研究中心，而非飛行中心，但它一直緊密參與了許多天文學和太空探索任務。

1965年至1978年間，先驅者計劃八次成功的太空任務就由艾姆斯的查爾斯·霍爾（Charles Hall）負責管理，最初的目標是內太陽系。到1972年，通過「先驅者10號」和「先驅者11號」的發射，支持了前往木星和土星的外太陽系飛越任務，成為五年後更複雜的「旅行者1號」和「旅行者2號」任務的開拓者（輻射環境、新的衛星、重力輔助飛行）。1978年，先驅者計劃結束於再回到內太陽系探索的先驅者金星軌道器和先驅者金星聯合探測器，這一次的任務是進入環金星軌道而非僅僅飛越。

月球勘探者是美國宇航局選擇的第三項任務，作為發現計劃的一部分進行全面開發和實施。這項為期19個月的任務耗資6280萬美元，該探測器被發射到月球低高度極軌道，完成了表面成分和可能的極地沉積冰測繪、磁場和重力場測量，以及月球釋氣事件研究。根據月球勘探者中子光譜儀（NS）數據，任務科學家測出月球極地隕坑中確實存在水冰。該任務於1999年7月31日結束，軌道飛行器被引導撞擊月球南極附近的一座隕石坑（失敗），希望通過從地球望遠鏡觀察撞擊產生的蒸氣光譜特徵來分析月球極地水。

2006年12月16日，「基因星1號」，一顆裡面攜帶了細菌的11磅（5千克）微型實驗室發射升空。美國宇航局這顆極小的衛星證明，科學家們可快速設計和發射一種新型廉價的太空飛行器，並進行重要的科學研究。

2009年4月，月球隕石坑觀測和傳感衛星與月球勘測軌道飛行器一道，從佛羅里達州甘迺迪航太中心搭乘同一枚阿特拉斯V型運載火箭發射升空，開啟了它探尋月球之水的旅程，而月球勘測軌道飛行器則執行另外的任務。

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克卜勒太空望遠鏡是美國宇航局首次能夠發現類似地球甚或更小行星的任務。克卜勒任務監測恆星的亮度，以尋找行星軌道上從它們前面經過的行星。在此過程或「凌日」期間，行星會略微降低恆星的亮度。

同溫層紅外天文天文台（SOFIA）是美國和德國航空航天機構的聯合項目，美國宇航局和德國航空航天中心（DLR）合作製造一架紅外望遠鏡平台，該平台可飛行在地球大氣層水汽上方，使其處於紅外透明狀態。飛機由美國提供，德國負責紅外望遠鏡。一架波音747SP機身進行了專門的改裝，以容納望遠鏡、任務專用設備和由韋科L-3通信集成系統有限公司製作的大型艙門。

太陽界面區成像光譜儀衛星是一項與洛克希德·馬丁公司太陽和天體物理實驗室合作的任務，主要用來了解太陽色球和日冕間的過渡層過程，該任務由美國宇航局小型探索者計劃資助。

月球大氣與粉塵環境探測器（LADEE）任務由美國宇航局艾姆斯開發，2013年9月6日被成功發射到月球。

此外，艾姆斯研究中心還在多項任務中發揮了支持作用，其中最著名的是火星探路者和火星探測漫遊者任務，艾姆斯智慧機器人實驗室在這些任務中起到了關鍵作用。美國宇航局艾姆斯也是火星「鳳凰號」的合作夥伴，這是一項火星探索計劃任務，旨在向火星高緯度區發送一架著陸器。該著陸器上安裝的一條機械臂，可在水冰層中挖掘最深1.6英尺（半米）的溝渠並分析土壤成分。艾姆斯還也是火星科學實驗室及其好奇號漫遊車的合作夥伴，好奇號是一輛探索有機物和複雜分子跡象的下一代火星探測車。

## 空中交通管制自動化研究

航空系統部門主要從事兩大主要領域的研究和開發：空中交通管理和仿真飛行模擬。在空中交通管理方面，研究人員正在創建和測試可使空域飛行航班量達到當前水平三倍的概念。自動化及其相伴的安全性是概念開發的關鍵基礎。從歷史上看，該部門開發的產品已被公共航空領域採用，如在全國範圍內部署的交通管理顧問。在仿真飛行模擬方面，該部門運營著世界上最大的飛行模擬器（垂直運動模擬器），一台D級747-400模擬器和全景空中交通管制塔模擬器。這些模擬器已被用於多種用途，包括太空梭飛行員的持續培訓、未來太空飛行器操控品質的開發、直升機控制系統測試、聯合攻擊戰鬥機評估和事故調查。該部門的人員具備多種技術背景，包括制導與控制、飛行力學、飛行模擬和電腦科學。除美國宇航局以外，其它客戶還包括美國聯邦航空局、國防部、國土安全部、運輸部、國家運輸安全委員會、洛克希德·馬丁公司和波音公司等。

該中心的飛行模擬和制導實驗室在2017年被列入國家史跡名錄。

## 資訊技術

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艾姆斯研究中心是美國宇航局先進超級計算機、人體工學和智能系統等大型研發部門所在地。這些研發機構支持了美國宇航局的探索活動以及國際空間站的持續運行和整個美國宇航局的空間科學和航空工程研究。該中心還負責運行和維護域名系統（DNS）的E根域名伺服器。

智能系統部門是美國宇航局領先的研發部門，為所有美國宇航局任務部門開發先進的智能軟體和系統。它為航空、太空探索任務、國際空間站和載人探索飛船（CEV）提供軟體專業知識。

首艘太空人工智慧（深空1號）是由TI代碼開發，每日計劃火星探測漫遊者活動的MAPGEN軟體也是如此，同樣的核心推理器被用於集成鳳凰號著陸器操作，以及國際空間站太陽能電池板的規劃系統。國際空間站的控制力矩陀螺儀健康管理綜合系統、具有語義搜索工具的協作系統以及強大的軟體工程完善了TI 代碼的應用範圍。

人機綜合部門「通過對人類行為和人機互動的分析、測試和模擬，推進複雜航空航天系統的人性化設計和操作，以明顯提高安全性、效率和任務成功率」。幾十年來，人機綜合部門一直處於人性化航空航天研究的前沿。該部門擁有100多名研究人員、承包商和管理人員。

先進超級計算部門運營艾姆斯研究中心數台最強大的超級計算機系統，包括每秒浮點運算次數達千萬億次規模的昴宿星（Pleiades）、艾特肯（Aitken）和厄勒克特拉（Electra）系統。最初它被稱為數值航空動力學模擬部門，自1987年建成以來，已容納了40多台研製和測試的超級計算機，並且一直在高性能計算領域處於領先地位，開發了整個行業使用的技術，包括「數值航空動力學模擬並行基準」（NAS Parallel Benchmarks）和」攜帶式批處理系統「（Portable Batch System）作業調度軟體等。

2009年9月，艾姆斯研究中心推出了快速而強大的雲計算平台「星雲」（NEBULA），以符合安全規範的標準處理美國宇航局海量數據集。這一創新試點採用開源組件，符合聯邦資訊安全管理法案標準，可擴展到政府層級的需求，同時具有極高的效能。2010年7月，美國宇航局首席技術官克里斯·坎普（Chris C.Kemp）與莫索技術公司合作，開放了星雲項目背後的「Nova」原始碼技術，推出了OpenStack。OpenStack 隨後成為電腦史上規模最大、增長最快的開源項目之一，已納入大部分主要發行的Linux版本中，包括紅帽、甲骨文、惠普、蘇制和科能等。

## 圖像處理

艾姆斯研究中心是首批研究衛星航拍圖像處理的單位之一，一些使用傅立葉分析進行對比度增強的開創性技術就是由該中心與電磁系統實驗室公司（ESL Inc）研究人員所共同開發。

## 風洞

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美國宇航局艾姆斯研究中心的風洞不僅龐大，而且，還因其能開展多樣化科學和工程研究而聞名。

### 艾姆斯整體式風洞

根據1949年《統一規劃法案》，整體式風洞（UPWT）於1956年竣工，耗資2700萬美。自建成以來，該設施是使用最頻繁的美國宇航局風洞。過去40年來，美國製造的每種主要商用飛機和幾乎所有的軍用噴氣式飛機都在該風洞中進行過測試。水星、雙子座和阿波羅飛船以及太空梭模型也都在該隧道綜合體中進行過測試。

### 國家全尺寸空氣動力學綜合體（NFAC）

艾姆斯研究中心還擁有世界上最大的風洞：國家全尺寸空氣動力學綜合設施，它大到足以測試全尺寸飛機，而非比例模型。該設施於2017年被列入國家史跡名錄。

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40×80英尺風洞隧道最初建於20世紀40年代，現能提供高達300節（560公里/小時；350英里/小時）的測試風速，用於支持空氣動力學、動力學、模型噪聲、全尺寸飛機及其部件等積極的研究項目，重點研究估算新構型氣動特性計算方法的精度。該風洞也用於研究先進旋翼機和旋翼-機身相互作用的氣動機械穩定邊界，包括測定新飛機的靜態和動態穩定性配置和控制導數，還確定了大多數全尺寸飛行器的聲學特性，以及旨在發現和減少空氣動力噪聲源的聲學研究。除常規數據收集方法（如平衡系統、壓力測量傳感器和溫度傳感熱電偶）外，還可採用最先進的非侵入式儀器（如雷射測速儀和陰影圖）來幫助測定飛機升降面及周圍氣流的方向和流速。40×80英尺風洞主要用於測定高性能飛機、旋翼飛機和固定翼垂直/短距起降飛機的低速和中速空氣動力學特性。

80×120英尺的風洞是世界上最大的風洞試驗段。20世紀80年代，增加這一開路支段並安裝了一套新的風扇驅動系統。目前它的空氣流速可達到100節（190公里/小時；120英里/小時）。該部分的使用方式與40×80英尺部分類似，但能夠測試更大的飛機，儘管速度較慢。一些已通過80×120英尺測試的項目包括：F-18大迎角飛行器、美國國防部高級研究計劃署/洛克希德通用廉價的輕型戰鬥機、XV-15傾轉旋翼飛機和先進回收系統翼傘。80×120英尺的測試段能夠測試一架全尺寸的波音737飛機。

儘管國家全尺寸空氣動力學綜合體於2003年被美國宇航局除役，但現在由美國空軍用作阿諾德工程發展綜合體（AEDC）的衛星設施。

## 電弧噴射綜合體

艾姆斯電弧噴射綜合體是一座先進的熱物理設施，可模擬在各種飛行和再入條件下，對飛行載具熱保護系統進行持續的超音速和超高溫測試。在七間可用試驗艙中，目前四間裝有不同配置的電弧噴射裝置，而通用服務設施則有空氣動力加熱設備（AHF）、湍流管道（TFD）、面板試驗設備（PTF）和交互加熱設備（IHF）等，支持設備包括有兩套直流電源、一套蒸汽噴射器驅動的真空系統和水冷系統、高壓氣體、數據採集系統及其他輔助系統等。

這些系統的規模和容量使艾姆斯電弧噴射系統成為了獨一無二的設施。最大輸出電量可在30分鐘內提供75兆瓦（MW），或在15秒內提供150兆瓦的功率。這種功率結合大容量五級蒸汽噴射真空泵系統，使該設施能夠模擬與相對較大尺寸樣本相匹配的高空大氣飛行條件。

熱物理設施分部運行四座電弧噴射設施；互動加熱設備可用功率超過60兆瓦，為功率最高的電弧噴嘴之一，這是一套非常靈活的設備，能夠長時間運行長達一小時左右，並能在停滯和平板結構中測試大型樣本；面板測試設備（PTF）使用20兆瓦電弧加熱器供能的半橢圓形噴嘴測試面板部分，可對樣本進行長達20分鐘的測試；湍流管道使用20兆瓦的霍爾電弧加熱器，在平坦表面上提供超音速高溫空氣湍流，可測試尺寸為203×508毫米（8×2英寸）的樣本；空氣動力加熱設備（AHF）具有與互動加熱設備的電弧加熱器相類似特性，可提供更寬泛的操作條件、樣本尺寸和測試時長。冷空氣混合靜壓室可模擬上升或高速飛行環境，使用空氣或氮氣催化的研究也可在這一靈活的平台上進行。五臂模型支持系統可讓使用者最大限度地提高測試效率。空氣動力加熱設備可配置高達20兆瓦的霍爾或分段式電弧加熱器，1兆瓦的電力可滿足750戶的家庭用電。

2017年，電弧噴射綜合體被列入國家史跡名錄。

## 射程綜合體

### 艾姆斯垂直射擊靶場

艾姆斯垂直射擊靶場（AVGR）旨在對月球撞擊過程進行科學研究，以支持阿波羅任務。1979年，它作為一項國家設施由行星地質學和地球物理學項目資助建立。1995年，隨著各項學科研究需求的不斷增加，美國宇航局總部的三個不同探索項目（行星地質學和地球物理學、外生物學和太陽系起源）共同提供了核心資金。此外，艾姆斯垂直射擊靶場還為各種擬議和正在進行的行星探測任務（如星塵號、深度撞擊）提供了項目支持。

艾姆斯垂直射擊靶場使用其0.30口徑輕型氣槍和火藥槍，可發射射速為500-7000米/秒（1600-23000英尺/秒；1100-15700英里/小時）不等的彈丸。通過改變槍桿相對於目標真空室的仰角，可實現重力矢量從0°到90°的撞擊角度，這一獨特的功能對研究隕石坑的形成過程極其重要。

靶室的直徑和高度約為2.5米（8英尺2英寸），可放置各種靶標和安裝夾具，它可將室內真空度保持在0.03托（4帕）以下，也可充入各種氣體以模擬不同的行星大氣。撞擊事件通常用高速影片/膠片或粒子圖像測速儀（PIV）記錄。

### 超高速自由飛行靶場

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超高速自由飛行（HFF）靶場目前擁有兩座現役設施：空氣動力設施（HFFAF）和槍械開發設施（HFFGDF）。空氣動力設施是一種結合彈道射程和激波管驅動的風洞，其主要目的是研究自由飛行彈道模型的氣動特性和流場結構細節。

空氣動力設施（HFFAF）建有一處配備了16個陰影成像站的測試區，每個站點都可拍攝超高速飛行模型的一對正交圖像。這些圖像與記錄的飛行時間點相結合，可用於獲得關鍵的空氣動力學參數，如升力、阻力、靜態和動態穩定性、氣流特性和俯仰力矩係數。對於極高馬赫數（M>25）的模擬，可將模型發射到激波管產生的逆流氣流中。該設施還可設置用於超高速撞擊試驗，並具有氣動熱力學功能。目前火炮開發設施配置為操作1.5英寸輕氣槍以支持美國宇航局高超音速飛行計劃的持續熱成像和過渡研究。

超高速自由飛行槍械開發設施（HFFGDF）用於槍械性能增強研究和偶爾的撞擊試驗，該設施採用與空氣動力設施相同的輕氣槍和火藥槍將直徑2至25.4毫米（0.13至1英寸）的彈丸，加速至0.5到8.5公里/秒（1100至19000英里/小時）的射速。迄今為止，大多數研究工作集中在地球大氣層進入配置（水星、雙子座、阿波羅和太空梭）、行星大氣層進入設計（海盜號、先驅者號、伽利略號和火星科學實驗室）以及氣阻減速（AFE）配置方面。該設施還用於超燃衝壓發動機推進（國家空天飛機(NASP）和流星體/軌道碎片撞擊研究(空間站和可重複使用發射系統)。2004年，該設施被用於泡沫碎片動力學測試，以支持太空飛行器返回飛行。截至2007年3月，槍械開發設施已被重新配置為用於亞音速載人探索飛船（CEV）太空艙空氣動力學研究的冷氣槍操作。

### 電弧激波管

電弧激波管（EAST）設施用於研究超高速進入大氣層時產生的輻射和電離效應，此外，它還可提供空氣衝擊波模擬，要求在1個標準大氣壓（100帕）或更大初始壓力載荷下，在空氣中產生可能的最強衝擊。該設施具有三種獨立的驅動器配置，以滿足一系列測試要求：驅動器可以連接到102毫米（4英寸）或610毫米（24英寸）激波管的隔膜站，102毫米（4英寸）高壓激波管也可以驅動762毫米（30英寸）激波管，驅動器的能量由1.25兆焦耳電容儲能系統提供。

## 美國地質調查局

2016年9月，美國地質調查局（USGS）宣布計劃將西海岸科學中心從附近的門羅公園搬遷到莫菲特機場的艾姆斯研究中心。預計搬遷需五年時間，將於2017年開始，美國地質勘探局175名員工將遷往莫菲特。搬遷目的是為節省美國地質勘探局需支付給門洛公園園區750萬美元的年租金。門羅公園的土地歸聯邦總務管理局所有。

聯邦法律要求向該局按市價收取租金。

## 教育

### 航太局艾姆斯太空探索中心

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該探索中心是美國宇航局的科學博物館和教育中心，這裡有關於美國宇航局技術、任務和太空探索的展覽和互動展演。月球岩石、隕石和其他地質樣本在此展出，影院則播放美國國家航空航天局探索火星和行星的影片，以及艾姆斯研究中心科學家們的貢獻。

### 機器人聯盟項目

1999年，馬克·萊昂在他的導師戴夫·拉弗里指導下，創立了美國宇航局機器人教育項目-現稱為機器人技術聯盟項目，該項目FIRST機器人和BOTBALL機器人競賽吸引了全國超過10萬名的學生。項目的FIRST分項賽最初由FRC 254號團隊，一支來自加利福尼亞州聖何塞市貝拉明高中的全男生「奶酪便便」隊發起。2006年 1868號團隊 與女童子軍聯合組建了一支全女生的「太空餅乾」隊。2012年 加州山景高中971號 「斯巴達機器人」隊參加了該項目，這三支球隊都戰績赫赫，全部都贏得過地區比賽，其中兩隊得過錦標賽冠軍，兩隊獲得地區主席獎，一隊為名人堂團隊，這三支隊伍被統稱為「主場團隊」。

該項目的任務是「創造機器人技術能力的人力、技術和規劃資源，以實現未來的機器人太空探索任務」。

## 近期事件

儘管小布希政府總體上略微增加了對美國宇航局的撥款，但在2004年宣布太空探索願景之後，研究重點發生了重大調整，導致艾姆斯研究中心大量裁員。

2006年10月22日，美國宇航局開設了卡爾·薩根宇宙生命研究中心，繼續推進薩根所開拓的事業，包括搜尋地外文明。

2008年，月球軌道器圖像恢復項目（LOIRP）利用舊麥當勞店（該建築後更名為麥克月球）場地，將1966年和1967年發射到月球的五艘月球軌道器數據磁帶進行了數位化轉換。

同樣在2008年，美國宇航局宣布，由於艾姆斯前主管亨利·麥克唐納「…傑出的領導才能和敏銳的技術洞察力，使艾姆斯研究中心在20世紀90年代末再造了自己」而入選艾姆斯名人堂第60屆成員。

2010年，艾姆斯流體力學實驗室的科學家們研究了世界盃普天同慶足球的空氣動力學原理，得出結論，在45-50英里/小時（72-80公里/小時）速度下它往往會出現「蝴蝶球」。航空航天工程師拉比·梅塔（Rabi Mehta）將這種效應歸因於球的縫合結構導致的不對稱流動。

2015年3月，艾姆斯研究中心的科學家們宣布，他們在實驗室中，模擬所發現的太空中環境合成了非生物性的「…尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶，核糖核酸和脫氧核糖核酸的所有三種成分」。

## 公私合作

聯邦政府重新分配了部分任務設施和人力資源，以 支持 私營工業、研究和教育企業。

加利福尼亞大學聖克魯斯分校與美國宇航局在艾姆斯合作創建了一家「生物、資訊和納米研發機構」（BIN-RDI），惠普則成為該新機構的首家附屬公司，「生物、資訊和納米研發機構致力於通過生物技術、資訊技術和納米技術的融合推動科研實現新的突破。

奇點大學在艾姆斯研究中心舉辦領導力和教育講座計劃；器官保存聯盟 總部也設立在此，該聯盟是一個非營利組織，與瑪士撒拉基金會的新器官獎合作，「推動突破長期器官保存的剩餘障礙」以克服移植活器官巨大醫療需求的不足；這裡還是克萊恩斯皮德科技（Kleenspeed Technologies）公司總部所在地。

### 谷歌

2005年9月28日，谷歌公司和艾姆斯研究中心披露了一項長期合作研究的詳情，除了匯集工程人才外，谷歌還計劃在艾姆斯園區修建一座占地100萬平方英尺2（9.3公傾）的設施。艾姆斯、谷歌和卡內基·梅隆大學三者合作的項目之一為全景雲台項目，一種用於創建、共享和注釋地面千兆像素圖像的機器人平台。行星內容項目旨在整合和改進谷歌用於谷歌月球和谷歌火星項目的數據。2008年6月4日，谷歌宣布已向美國宇航局租賃了42英畝（1.7萬米2）位於莫菲特聯邦機場的土地，用作辦公和員工居住。

位於谷歌山景城總部附近的新谷歌項目於2013年開始建設，計劃啟用時間為2015年，它被稱為「灣景區」，因為可俯瞰舊金山灣。

2013年5月，谷歌公司宣布將啟動由艾姆斯研究中心主辦的量子人工智慧實驗室，該實驗室將安裝一台加拿大D-Wave公司512量子比特的量子計算機，美國大學空間研究協會（USRA）將邀請世界各地的研究人員分享機時，目標是研究量子計算如何推進機器學習。

2014年11月10日宣布，行星風險投資有限責任公司（谷歌子公司）將租賃艾姆斯研究中心莫菲特聯邦機場1000平米場地。以前，艾姆斯每年對此的維護和營運成本為630萬美元。租約內容包括修復該處歷史地標一、二、三號機庫，租約於2015年3月生效，為期60年。

## 在艾姆斯的生活和工作

進入艾姆斯需要美國宇航局證件。

研究中心內和周圍有各種各樣的活動，全職人員和實習生都可參加。基地內有一條健身步道，也被稱為「帕庫斯步道」（Parcourse trail），但由於鋪設後基地布局發生變化，部分路段現在無法進入。

## 另請查看

- 美國宇航局科學園
- 超級計算機
- 加利福尼亞州聖克拉拉縣國家史跡名錄

## 外部連結

- 艾姆斯研究中心
- 航太局艾姆斯太空探索中心
- 天體物理和天體化學實驗室
- 美國宇航局艾姆斯研究中心收藏的獵戶座號艙門
- 美國宇航局研究園區學術合作夥伴
- 大學附屬研究中心
- 生物、資訊、納米研發院
- 美國宇航局基因實驗室
- 基因實驗室維基百科

37.415229 -122.062650

## 基本資料

- 說明：莫菲特機場和艾姆斯研究中心鳥瞰圖
- 成立時間：1939年12月20日
- 總部：美國加利福尼亞州山景城
- 首長：尤金·杜
- 首長：主管
- 所屬部門：美國國家航空航天局
- 管轄範圍：美國聯邦政府
- 網站： www.nasa.gov/ames
- 位置：美國宇航局艾姆斯研究中心地圖