空间工业方兴未艾

空间工业方兴未艾

地球上的资源还没开发完，为什么要到太空去进行科学实验和生产呢?除了人口增长、能源危机外，还因为航天器在空间飞行中具有地球上没有的独特环境:高真空，高洁净，强辐射和微重力。一般在地球上利用真空技术和超净环境进行的生产、加工、实验，都能在太空以很大规模和很好质量实现;同时在地球上难以进行的科学实验、难以生产的材料和产品等，都可以在空间很好地实现、得到。由于失重，航天器是处于微重力环境下，它提供一种极端的物理条件，即自然对流基本消失，扩散成为传递的主要过程;液体中的浮力消失，由于不同液体密度引起的分层和沉浮现象消失;液体仅由表面张力约束，浸润和毛细现象加剧;液体中不存在静压力等等。总之，由重力引起的约束和影响几乎消失，利用这些可以开展微重力技术物理、生物学、生命科学的研究，进行加工工艺实验和生产制造，并且许多材料的性能比在重力环境下制成的相应性能好得多。

在失重条件下，无浮力和对流，所以冶炼时可以不用容器，采用悬浮冶炼法，克服了容器耐温能力对冶炼温度的影响，可以进行高熔点金属冶炼，并且避免被炼物与容器的接触污染及非均匀成核结晶出现，提高了金属的均匀性和纯度，同时，高真空和超净高。没有了其他杂质的掺入，不同密度的金属或非金属均匀地混合，可以生产出地球上难以冶炼或需付出很高代价的高品质合金或新型合金材料。

在微重力环境下，可以生产出椭圆度极小的滚珠等球形产品。这是因为处于微重力环境下的熔化金属，表面张力很大，又无重力影响，能自动收缩成理想的球状。如果需要空心球体，则在加压下把气体注入蒸发的液滴中，像吹肥皂泡一样将其吹胀，等液体冷凝后就成了空心球。在地球上制备金属丝、薄膜很困难，常因为重力的捣乱而断裂。而在外层空间，就可以拉出极细的金属丝和极薄的金属膜。

由于在微重力条件下没有浮力，液体内的气泡不易排出去，它们既不上浮也不下沉，均匀地分布在液体中。利用这一特性可以生产出既像钢一样坚硬，又像泡沫塑料般浮在水面上的泡沫金属，而这种材料在地球上是无法制造的。

人们为了开发利用微重力资源，在航天器配备了各种各样的空间材料加工专用装置，进行材料加工和制备、工艺实验、生物技术和流体流动实验。高质量的半导体材料和晶体材料将对今后的电子信息工业和通信技术等产生深远影响，而目前地球上已生产的半导体材料、晶体材料，因微观缺陷、杂质及不均匀分布、沉淀物存在和组分对流已成为半导体器件发展的主要障碍。这些在空间站得到了很好解决，宇航员已在空间站上的电热炉中拉制出了高性能无杂质条纹的砷化镓半导体晶体，它是集成电路和光电子器件的基础材料。另外，结晶物的传递不受对流影响，生成的材料均匀，化学配比精确，晶体按最佳结构排列。在空间站上生长的晶体比地面上大，生长速度也快，质量亦高。随着计算机、通信技术的发展，需要一系列新型玻璃材料，它们具有一定的光、电、磁、机械等特性，在微重力条件下，可生产出不同要求的优质玻璃，如在空间生产出的光导纤维性能更加优良，因为它所用的玻璃纯度高，所以光信号传递时损失小，传递距离远。

空间制药和生化品生产前景也十分美好，微重力环境下，许多微生物不会发生因培养物沉淀缺氧而死亡，生长速度能加快一倍以上，可以培养出地面不能培养的微生物和制取优质药品。在地球上制药，难免不受污染，同时受重力作用，有些药物不能制作和提高纯度。虽然可利用超高真空来制取少量高纯药物，但产量低价格贵，质量也不保证。而在微重力、高真空环境下，采用电泳法进行物质分离，可以生产出数量多、纯度高的生物制品。电泳法的原理是让含有生物物质的溶液在带电容器中流过，因不同物质所带电荷不同，受到不同的电场力，故它们沿不同方向流动，这样就可以把各种活细胞(如红、白血球、胰β细胞)、酶等分离开，制取生物制品。而在地面上，存在对流及沉淀现象，分离效果不理想，还要消耗大量原始材料。在太空中制造同一种药品比地面上制造速度提高400～800倍，纯度提高5倍。目前已在空间生产出许多有实用价值的特效药，如治疗糖尿病的β细胞、可溶解血栓的尿激酶、防治病毒传染的免疫血清、征服癌症的抗体、干扰素以及各种激素等几十种药物。在太空中还可以提取地面上不能提取的疫苗、病毒，制备地面上无法生长的大尺寸蛋白质晶体。

高真空、超洁净也是高纯度物质制备及高质量冶炼、焊接和分离的理想条件。人们已在航天器上进行了失重、真空条件下的新材料制备、加工和相关科学实验，并取得成功。随着永久性空间站的组建及今后可能的月球基地建立，人类将在上面建造大规模的工业区，建立空间制药厂、材料加工厂、金属冶炼厂、光学产品制造厂等工厂，未来的太空工业将是市场定位于地球的太空工业和市场定位于空间的太空工业两大类。太空批量生产的药品不断运回地面，供地球或太空基地的人们临床治疗用。随着生产规模的扩大，这些稀有贵重药物的价格将因生产数量的增多而下降，使普通人也能享用它们。并且新合金、特殊材料的制备，也为计算机、空间技术、通信技术的发展提供了新途径。

要在太空中进行工业生产、生活，还必须有能源。在太空中，不存在尘埃、大气和雨雪等干扰，得到的太阳能比地面高出10倍，所以人们设想将太阳能发电站建在太空中或月球基地上，在那里太阳能转换装置可期望有较高的效率和较长的寿命，可以不受季节、天气、昼夜、风力等因素影响，每天有99%的时间受到太阳光照射。同样规模的太阳能电站，空间电站比地面电站得到的能量高出约5～10倍。美国波音公司已经设计了空间太阳能发电站，电站的大型太阳能电池阵列和太阳能反射镜组吸收太阳能，转换后用天线将电能发射回地面，供用户使用。当然建造电站还有许多问题有待解决:如此庞大的结构和重量需要几百人在上面工作，人与材料如何送上去;太阳能电池阵如何对准太阳等等。

要在太空中建设工厂，又会引出新兴的空间建筑业，它完全不同于地面上的建筑业，许多构件要由航天飞机运送到空间，再进行装配。而在空间操作不同于地面，难以保持确切位置，操作中要十分小心。空间的建筑结构也不同于地面，装配方法也不同。将来空间建筑工人可以远离工地，靠操纵仪器仪表，遥控机械手、机器人进行建筑，人们甚至在地面上遥控机器人进行工作。

空间工业有着广阔的前景，随着科学技术的发展，空间资源将得到进一步的开发和利用，空间工业产品的原材料不光来自地球，也将来自其他星球，其生产制品定造福于人类!