第17章 二、開發太空(1 / 2)

(一)沒有國界和歸屬的資源

在200~500公裏的低軌道空間真空度為10-4帕,而在35800公裏的地球同步軌道上則為10-11帕的高真空度。空間真空不僅純淨無汙染,而且體積碩大,是地麵人為的真空條件無法比擬的。

地球軌道上的太陽輻射密度為1.4千瓦/平方米,是地麵上的兩倍。其宇宙輻射強度也比地麵大得多,並且是全譜的。特別是宇宙高能重粒子,由於大氣阻尼和吸收,很難到達地麵。在空間環境中,由於高真空絕熱,被太陽直射的物體表麵,可達到100℃以上高溫,而背陰麵則可保持-100℃以下的低溫。兩者之間形成大的溫差,而且非常穩定。

自從航天器問世後,科學家們首先想到的就是利用太空的軌道資源,即利用高遠位置這一得天獨厚的有利條件。眾所周知,站得高、看得遠。地球的空間軌道,遠離地表,高於大氣層,在那裏能以不同高度、不同角度俯視地球,特別是與地球同步、與太陽同步的軌道具有特殊意義。為此,旨在開發太空軌道資源的形形色色的航天器競相升空。例如,通信衛星就是把原來在地麵的無線電中繼站搬到衛星上,從而大大提高了信號的覆蓋麵積與傳輸距離、通信質量和抗破壞性。遙感衛星相當於空間觀察平台,具有觀測範圍廣、觀測次數多、時效快、連續性好等優點,對氣象預報、陸地資源開發、海洋資源開發起到巨大的推動作用。導航衛星是設在太空的基準點,它能克服地麵無線電導航台存在的信號傳播距離有限等一係列缺點,是目前最先進的導航技術。在太空“製高點”上不僅可以觀地,還能望天。在那裏進行天文觀測不受大氣層影響,使全波段天文觀測變得輕而易舉。

太空的微重力(重力加速度小於10-4g)是一種寶貴資源,利用這種資源可以進行地麵上難以實施的科學實驗、新材料加工和藥物製取等。在微重力條件下,由於無浮力,液滴較之地麵更容易懸浮,冶煉金屬時可以不使用容器,即采用懸浮冶煉,因而能使冶煉溫度不受容器耐溫能力的限製,進行極高熔點金屬的冶煉,避免容器壁的汙染和非均勻成核結晶,提高金屬的強度。微重力條件下,氣體和熔體的熱對流消失,不同比重物質的分層和沉積消失,對生產高純度化學物質、生物製劑、特效藥品,以及均勻的金屬基質複合材料、玻璃和陶瓷等也很有用。

開發太陽能資源。一些國家已在計劃建造太陽能發電衛星,即太空電站。它可將太陽的光能高效率地轉變成大功率的電能,再把電能用微波或激光發往地麵給用戶使用。太陽能利用的另一種形式是建造人造小月亮和人造小太陽,為城市和野外作業照明,增加高寒地區的無霜期,保證農業豐產豐收。

開發月球資源。月球上有豐富的氧、矽、鈦、錳和鋁等元素,還有地球上稀缺的、“清潔”的核發電材料氦-3.月球上無大氣影響,以及長長的黑夜和低溫等許多有利的環境條件,是理想的科學研究和天文觀測基地。

開發小行星和彗星上的資源。金屬型小行星上有豐富的鐵、鎳、銅等金屬,有的還有金、鉑等貴金屬和珍貴的稀土元素。彗星上有豐富的水冰。這些資源和月球上的資源可用於建設航天港和太空城,也可供地球上使用。

(二)新工業革命將在太空進行

開發利用寶貴的太空資源,各航天大國為之奮鬥已久,並且已形成了微重力流體力學、空間材料學等一係列新學科。

各國在通向太空礦場的道路上,走法是不一樣的。美國和前蘇聯研究內容涉及到微重力的各個領域。中國、西歐和日本更側重於材料科學、生物及生命科學的研究。美國等發達國家的專家預測,太空資源的開發將在2010年進入產業化階段。

據美國有關部門預測,到2010年,不含商業衛星,美空間商業化收益就可達6000~10000億美元,僅藥品加工就將收入270億美元,合金、複合材料和陶瓷材料的收入將達300億美元。

1.太空工廠地麵重力作用的存在,給合金冶煉和加工帶來許多困難。在加工過程中,雖然把原材料攪拌得很均勻,但各種比重不同的原材料很快就不同程度自然分離開來了,因此在地麵很難加工出特殊材料。而在太空中,因為沒有重力的作用,可以輕而易舉地煉製出均質合金、高純度半導體材料。

前蘇聯/俄羅斯、美國均在空間站或航天飛機上建立專門的生產車間,進行了長期的空間生產試驗,成功地生產出了半導體、光學玻璃、各種合金、陶瓷和超純蛋白等產品。1986年發射的“和平”號空間站,建立了一個工藝實驗和生產車間、一個醫藥試製車間。美國也利用“天空實驗室”、航天飛機進行了多項太空資源開發實驗和生產。砷化镓是目前用途最廣泛的半導體材料,又是製造集成電路最理想的材料,美國一家公司僅1990年就在天上生產了40千克優質砷化镓,每千克價值達100萬美元。如果在地麵上生產,一方麵投資巨大,另一方麵受重力影響,地麵生產的砷化镓雜質多、質量差。曾兩次長期在空間站工作的蘇/俄航天員柳明,一個人就製取了砷化镓半導體材料樣品69枚。美國1984年在航天飛機上還生產了一種用於電子顯微鏡、微過濾器的聚苯乙烯乳膠小球,它在地麵生產的最大直徑隻可做到2微米,且不同材料分層嚴重,小球質量無法保證,而在天上生產的小球直徑可達4.98微米,材料混合均勻。幾年後這種小球就形成了年產達3000萬美元的產業。1982年以後,蘇聯航天員在天上成功地生產了流感疫苗。世界衛生組織統計,全世界大約每年每3個人就需要一支疫苗,以預防各種流行病,到目前為止已知病毒有5000多種,要想在地麵全部提純所有疫苗簡直是不可能的,而太空則是理想的純化工廠。據測算,在天上生產藥物一個月的產量相當於地球上同樣設備20年的產量。目前,美國已列出幾十種有能力在太空上生產的產品,蘇聯/俄羅斯航天員已在空間站上完成了14500次科學實驗。