Question

太空资源都有什么（二）？

Answer 1

如果在空心球体上再浇上几层同一金属熔体或其他金属熔体，新浇的熔体能均匀地蒙在整个球体上，即可得到无缝多层的空心滚珠。这种滚珠综合体现了理想球体、空心球体、多层材料等具有的各种优良性能，是轴承上不可多得的优良材料。

在微重力环境下，液滴较之在地面更容易悬浮。因此，冶炼金属时可以不使用容器，而是采用悬浮冶炼法。

这种冶炼法的优点是，冶炼金属时的温度不受容器耐温能力的限制，所以可以进行高熔点的金属冶炼。这样还可以避免被冶炼的金属与器壁的污染，使被冶炼金属的纯度大幅度提高。

与制造金属球的原理相同，在地球上，制造金属纤维、金属丝、金属薄膜或薄片都比较困难，产品常常由于自身的重力作用而断裂，很难产生很长很薄并且很均匀的金属丝或膜。而在微重力条件下，这些生产技术都很简单，只要将金属溶液不断地送入喷头，喷出后经冷却、拉伸，就可以随意制成极细的纤维、长丝或极薄的薄膜、薄片了。

其次，人们可以制造许多地球上难以合成或合成后难以达到要求的合金以及各种晶体物质。在微重力条件下，产生了许多与地球上截然相反的物理现象，动摇了在地球上重力场中已经形成的物理概念和定理。人们必须重新审视早已熟悉的定理和定律，依据新的情况建立新的定理与定律。

阿基米德

众所周知的阿基米德定律，即浸在液体中的物体受到浮力的作用，浮力的大小等于排开液体的重量。作用于浸在液体中的物体上部和下部的压力是不同的。同理，也可以推广到空气中。在太空中这个众所周知的定律就失去了效用。

按照阿基米德定律，如果物体的密度小于液体的密度，就应该上浮，反之就应该下沉。在通常条件下，在装有油、水、沙粒的试管中，如果试管静止不动，那么，油应该悬浮在水上，沙粒应该沉在水底，三者应界线分明。

然而在微重力环境中，因表面张力而产生的微弱压缩力各处都是相同的，是均匀地分布在液体的所有面上，放在液体中的物体既不上浮也不下沉。我们上面说到的油、水、沙混合的试管，在太空中油滴、沙粒会始终悬浮在水中，形成一种乳浊状。同理，水中的气泡不会自动上浮逸出，就是在水里放一个铅球也不会下沉。

也就是说，在微重力条件下，不同比重的物质之间的分层和沉淀消失了。利用这个原理可以制造出含有多种元素的金属合金，不论组成合金的各种元素的密度相差多大，它们在合金中都会均匀混合，而不会存在在地面上最恼人的热扰动现象。这样制造的合金比在地球上熔炼的合金品质要好许多倍。

而制造晶体材料也是出于同样的道理。半导体材料是信息产业不可或缺的重要基石之一，在计算机、通信系统、光学系统及能量转换系统中都有广泛的应用。但是半导体器材对半导体材料的要求很高，也很严格。现在地面上虽然也可以生产半导体材料，但是微观的缺陷、材料的不均匀分布以及杂质和沉淀物的存在，使得现代半导体材料的低质量生产已成为半导体器材业发展的最主要障碍。而在太空中的微重力环境下生产的晶体物质，就没有以上这些缺陷，而且其晶体生长的潜在效益显著地提高了。因为结晶物质的传递不受对流的影响，晶体生长时的晶格趋向于理想状态的排列，具有晶体结构完善、错位密度低、掺杂均一性高等许多地面上的晶体无法比拟的优良性。

举个例子，在现代生产中具有广泛应用价值的砷化镓，就是在太空中成功生产的晶体化合物。由于砷化镓中镓的比重为5.904，而砷的比重为1.97，两者的比重相差太大，所以在地面砷镓融体中生长的砷化镓晶体不可避免地存在着组分对流。固液界面的热不稳定性，必将导致砷化镓中化学配比的偏离。所以，在地面上生长的砷化镓，存在着清晰的、高密度的杂质条纹。这是化合物半导体区别于单质半导体所特有的、长期没有能够解决的严重问题。在太空中生产的砷化镓，由于在微重力条件下没有组分的重力驱动对流，所以可以获得比较精确的化学配比的单晶，与地面上生产的砷化镓相比，明显的没有杂质条纹。

美国的一家公司仅1990年一年就在太空中生产了40千克优质砷化镓，每千克价值高达100万美元。这些砷化镓如果在地面上生产，不仅耗资巨大，而且不会有如此高的质量。

此外，在太空中还可以生产一种奇特的金属——泡沫金属。这种特殊的材料轻如木材，可以在水中漂浮，又坚如钢铁，可以有效地抵制压力。这种材料是在金属中均匀地充加了气体而制成的，而在地面上，要想在金属溶液中充气而且是均匀地充气是绝对不可能的。如果向金属溶液中充气，气体一般不会停留，更不会均匀地分布在金属溶液中，绝大部分气体会逸出液体，剩下的一小部分也会在金属中形成大小不同的空洞而使金属更加脆弱。

而在太空中这些就是最容易不过的事了。在微重力环境下，气泡既不上浮也不下沉，而是均匀地分布在液体中。至于如何把气体注入液体，在太空中至少有3~4种办法。

在太空中生产的泡沫金属钢材，按它的体积计算，最多可以充入88％的气体，同理，还可以制造更轻的泡沫铝材、泡沫钛材等。

泡沫金属除了质量轻和抗压力强以及一切多孔物质所具有的一般机械性能外，随着其气泡在固体物质内部分散程度的不同，还分别具有特殊的电、磁、过滤等特性，实在是不可多得的现代优质材料。

太空生物试验

太空特有的微重力、高辐射、高真空以及高低温差条件，可以对植物的生长产生一定的影响。

美国曾在“挑战者”号航天飞机上搭载西红柿的种子

1984年4月，由美国“挑战者”号航天飞机施放到太空轨道上的“暴晒舱”，重11吨，装有120个品种的200亿颗植物种子，其中包括1200万颗西红柿种子。他们把这些种子放置在太空中，长期暴露在宇宙辐射、真空和低温状况下，再把种子带回地球播种，以研究长期宇宙环境对突变率和植物生长的影响。

我国利用返回式卫星搭载农作物种子，培育了优质高产的粮食作物和蔬菜品种。例如著名的太空水稻，其生长期比同类地球水稻缩短了10天，亩产达到750千克之高，蛋白质含量也比普通水稻提高了8%~20%。在太空中“住”过的青椒种子，在地面上生产的青椒耐寒能力大大地增强了，其病情指数比一般青椒减轻了55％，维生素含量却比一般青椒提高了20％，而且亩产量达到了5000千克，最大的青椒长到了每个400克。当然，像这样的例子还有许多。

太空制药

在太空特殊的环境下，可以高效率地生产许多地面上难以生产或难以大规模生产的昂贵药物，所以说太空是一个大的药品加工厂一点儿也不过分。

空间制药是空间材料加工最容易获得经济效益的产业之一，而且是对人类最有现实意义的产业之一。

地球上生产药物，虽然做了各种预防措施，但还是很难避免受到微生物、有害气体以及尘埃的污染。然而太空却是一个无菌、高真空、高洁净的世界，在这里制造药品可以免受污染，使药效得到更好的发挥。当然太空制药的最重要意义还不在于此，而是在于药品的高度提纯。

现在制造高纯度的特效药品一般都采用电泳法。所谓电泳法就是让含有生物物质的溶液，在两片带电的极板之间的槽中流过，由于不同的生物物质在溶液中所带的电荷不同，因此，它们沿着不同的路线流动。这样，就把细胞、血球、酶或干扰素等不同的生物物质分离开来。

在地面上使用电泳法提纯生物物质，由于重力的作用，液体内各部分的温度是不均匀的，一部分较热，另一部分则相对较冷，热的液体上浮，冷的液体下沉，形成了对流。对流是破坏电泳法高效提纯药物的大敌，因此，地面上很难使用电泳法得到理想纯度的药物。在地面上虽然也可利用超高真空来制取少量的高纯度药物，但产量很低，为了取得1克的生物物质，往往需要用几十千克的原始材料，所以价格昂贵，不是一般患者可以接受的。而且，就是这样高价生产出来的提纯药品，其质量也不是很稳定，难以保证药效。

然而在太空得天独厚的环境下，人们几乎可以用电泳法任意提纯药物而不受干扰，顺利分离生物中的各种有效物质。与地球相比，在太空提纯同一种药物，其纯度可以提高5倍，提纯速度可以提高400~800倍。

空间制药可以大大地提高药物的纯度和产量，以上数据意味着太空中一个月的产量相当于地球上30~60年的产量，这是一个多么惊人的数字呀!

太空药品纯度和产量的提高，还大幅度地降低了提纯药品的成本，特效药将成为一般患者也可以随时使用的药品。