空间工业化的前景-空间站
随着80年代航天飞机、“空间实验室”系统的诞生,人类的空间活动将进入一个新时期,空间应用的面貌也将为之大变,兴建宇宙工厂,乃至空间居留地的问题,都将现实地提到议事日程上来。
在宇宙太空兴办工业,是为了跳出地球环境,利用太空的一切有利条件,其中头等重要的是失重。原来在地球上即使有成千上万吨重的巨大物体,一旦到了太空便轻如鸿毛,飘荡起来。这种失重条件,将给材料加工带来绝妙的好处。例如:
第一,只需要微不足道的小电磁场、静电或声场的作用力,便可以轻而易举地把材料悬浮起来进行加工处理。既不与加工容器接触,也不需要任何有形的东西牵挂。这样就避免了在地球上无法解决的容器对材料的沾污和容器形状对成品质量的影响,从而获得纯度极高、均匀度极好的产品。这样的产品用“完美无缺”来形容是不算过分的。
第二,众所周知,在熔融的材料中,各区域的温度总是有差别的,因此密度也是不尽相同的。在地球上加工,各区域在重力作用下产生的对流,无情地破坏了液体内部的均匀性。而在宇宙太空,由于失重,这些弊病就随之而烟消云散了。如此等等,举不胜举。
根据太空这些优越条件,初步考虑的空间工业有:生产高纯贵重材料的加工厂、公共通信台、供地球上用电的太阳能发电站等。
早在“阿波罗”、“天空实验室”、“阿波罗-联盟”号和“礼炮”号轨道站上,都有的放矢地做过一些空间加工实验,取得了可喜成果和宝贵经验,并从中尝到了甜头,受到了鼓舞。
那么在太空究竟能够生产哪些奇特的产品呢?从过去所做的实验来看,大致说来,不外乎电子产品、光学产品、材料产品和生物制品四大类所谓高精尖产品。
人们都知道,单晶硅是现代化工业的基本材料,计算机工业的迅速发展,尤其离不开它。在太空失重条件下,可以大量制造高质量的单晶硅。
处在研制和试验阶段的光导纤维通信,由于它容量大、不受干扰和保密性能好,受到了有关部门的高度重视。所谓光导纤维通信,就是把信息转换成光信号,用光导纤维传输,一根直径0.1毫米左右的光导纤维,可以同时传输数百万路电话或数千路电视。决定光导纤维性能的主要指标是光衰减率,也就是每单位长度使光信号减弱的程度,它的表示方法一般用每千米多少分贝来度量,在地面上迄今生产的最理想的光导纤维,其衰减率为每千米两分贝。如果一旦实现太空生产,衰减率可下降到一分贝以下,可见在太空生产高纯光导纤维的前景,是美好的。
在聚变发电中,需要大量壁厚均匀,直径为1至2毫米的小玻璃丸。这种小丸只有采取低重力无容器加工,才能制取理想的产品,因此可以预言,制造小玻璃丸将成为空间工业的一大顷目。
我们还知道:分离技术无论对医学或生物学,都是十分重要的。但在生物制品工业中,红血球细胞、白血球细胞、抗体和人肾细胞等生物物质,用目前的物理和化学方法,包括通行的电泳法在内,都不能满意地加以分离。所谓电泳法就是将质量和电荷比值不同的粒子,在电场中加以分离的方法。但是由于生物物质有下沉到容器底部的倾向,使得分离效果大为减色。而在空间由于失重,这种弊病就不复存在了,因而分离也就很容易了。单就人肾细胞来说,它是生产能溶解人体中凝血的尿激酶的原料。目前的供应少得可怜,其价格每针竟高达上千美元。如果有充足而便宜的尿激酶,仅美国每年就可以使五人避免因凝血症而丧生。所以生物材料的分离和制取,必将成为空间加工最迫切、最重要的课题之一。
可以设想,空间加工的研究和生产,在初期阶段,将在航天飞机/“空间实验室”系统内进行,而随着生产规模的扩大,建立专门空间工厂将势在必行。
无疑,空间工厂将首先从小型实验工厂做起,而后随着经验的积累、技术的发展,大型化的工厂也将应运而生。兴建空间工厂是一项极为复杂的工程,施工不能采取人海战术,必须派出具有专门技术,并且能在宇宙飞船外从事作业的工程技术人员,而培养这样的专门人才,则需要时间和条件,因而建立空间工厂是科学技术发展到新阶段的显著标志。
各种各样的空间工厂的大量问世,就将形成一个完整的空间体系——宇宙都市。
空间工厂的能源主要来自太阳,目前利用太阳能主要有两种方法,一是使用太阳电池翼,一是使用大型反射镜聚集太阳光。必要时也使用核能和燃料电池。
空间工业的又一项重要内容,是公共通信台。这实际上是一种巨型天线结构,它们运行在距地面36000千米的静止轨道上,它不仅能为国际间、洲际间的通信服务,还为个人大大提供了方便。有了公共通信台,通信设备的成本将大大降低,要打长途电话,只要拨对方号码,公共通信台就能迅速把线路接通,其方便就如同在市内打电话一样,读者对此也会颇有兴趣吧!
多射束天线
一种为许多城市的卫星通信服务的多射束天线(416千兆赫频率)。这种天线是由七个抛物面扫射器组成的密集阵列,它带有以个馈电器。卫星上安设五个这样的天线,就可以覆盖美国整个领域,再加两个,就可以覆盖阿拉斯加和夏威夷群岛了。这种天线用于灾害预警时,选择890兆赫作最有用的频率,这种低频率可以减少地面接收机的成本。890兆赫通信在具有足够有效的各向同性辐射功率和射束宽度时,也能向没有商业电视的地区广播电视节目。此外这种通信还能用于教育、娱乐和搜索沿海失事的飞机或小艇。这种天线又能用于微波辐射测量,以便测定土壤温度、海洋状态、海面温度、盐度、冰的覆盖、风暴等。
另一种公共服务设施——社会服务台。它由三个天线组成(两大一小),大天线用于治安通信、选举和民意测验、跟踪核燃料、监视地震等。小天线用于电视、电报以及电气化邮政等。
社会服务台