太空製造，小荷已露尖尖角

新聞 06-01

原標題：太空製造，小荷已露尖尖角

來源：中國航空報

作者：劉霞

對於人類來說，太空是危險之地：微重力使體液流動異常並讓肌肉變弱；輻射會穿過DNA，威脅人體健康；此外，真空環境也是一大考驗。但對於一些物品的製造來說，太空或許是個完美的場所：在太空製造的物品缺陷更少、質量更高，晶體在太空也可以長得更大等。

美國太空網近日報道稱，隨著航天飛行成本不斷下降以及3D列印技術的不斷發展，將會有更多材料在太空中製造出來。它們不僅讓人類在地球上獲得性能更優異的產品，帶來巨大的收益，還會促進太空事業的大踏步發展。

美國國際空間站（來源：中新網）

太空製造材料缺陷更少

在微重力環境下製造物品可以減少材料的缺陷。太空製造公司（Made In Space）可謂是太空製造物品領域的第一批「吃螃蟹者」。該公司總裁兼首席執行官安德魯·拉什說，在太空中，微重力可以讓材料在沒有障礙的情況下生長；在沒有傳統支撐的情況下均勻混合併附著在一起；超高真空也有助於形成毫無雜質的材料。因此，許多人對微重力製造青睞有加。

目前，太空製造的主要候選對象是被稱為「超純氟化物」（ZBLAN）的特殊光纖。

ZBLAN主要用於醫療產品、光纖激光器和近紅外等領域。這種材料具有比硅更高的紅外透射性，但由重力引起的缺陷妨礙了其在遠程通信、高速互聯網等更廣泛領域的應用。根據NASA的研究，在微重力環境中製造ZBLAN有可能防止出現這些缺陷。

拉什說：「選擇ZBLAN光纖在太空中進行實驗性生產，是因為其每公斤的材料價值遠遠高於當下的發射成本，而且它在地球上已經有了一個強大的市場。」該公司於去年12月向國際空間站發送了一台微波爐大小的機器，用於測試製造至少100米ZBLAN光纖。

這台設備會在國際空間站上製造光纖

NASA馬歇爾太空飛行中心材料科學家丹尼斯·塔克也指出：「太空製造公司這樣做是因為有巨大的經濟回報，如果真的可以讓光纖的質量比硅石至少提高一個數量級，那將會是數十億美元的回報，並帶來很多潛在應用：光纖放大器，用於切割、鑽孔和手術等的激光器等。」他希望太空製造能夠成為第一個真正的太空產業。

研究人員指出，其他材料的製造也可能受益於微重力環境，比如用於製造LED的氮化鎵。太空科學進步中心首席科學家蘭迪·吉爾斯解釋，微重力環境也可以減少這種材料的缺陷。

另外，科學家幾年前利用NASA的太空梭軌道器進行的實驗，也為太空製造的擁躉們提供了樂觀的理由。當時，研究人員在太空梭尾部掛了一個名為「尾區屏蔽裝置」的不鏽鋼圓盤，營造出一個真空環境，並在其中製造出了更薄、更純凈的半導體材料樣品。

太空生長晶體更大更純

業界人士表示，在微重力下，晶體可以變得更大。在一個實驗中，由蛋白質製成的晶體平均增長到6立方毫米；而地球上只有0.5立方毫米。一旦晶體長大，科學家可以分析這些晶體，確定蛋白質的3D結構，有助於新葯研發。其他晶體，如用於製造藥物或檢測伽馬射線和中子的晶體，也可以在太空變得更大更純凈。

有些金屬合金和玻璃只有在微重力環境下才能研製出來——至少是大量研製出來。研究人員解釋，在微重力環境下，材料的結晶速度更慢，科學家可以將金屬等物質「誘導」成無定形的類似玻璃的形式，這些金屬玻璃可以在更低的溫度下成型，非結晶結構也使其格外堅固，且具有超強的耐腐蝕性。其中一種稱為「液態金屬」（Liquidmetal）的金屬玻璃，由NASA噴氣推進實驗室、美國能源部和加州理工學院聯合開發，強度是鈦的兩倍。

專家指出，這種合金和金屬玻璃有一天可被用於製造堅硬且易於塑型的、抵擋航天器碎片的盾牌、鑲板、鏡子等，並有助地球製造業的發展。

此外，太空可能也是培育身體器官的理想之地。在沒有重力的情況下，細胞可以生長成更大的網路。

太空3D列印方興未艾

與在太空製造物品又拿回地球使用不同，太空製造的另一個熱點是直接在太空造出太空探索所需的物品。

由於運載火箭的成本和體積限制，諸如太空望遠鏡這樣巨大的器材很難從地球運往國際空間站，在一定程度上阻礙了人類探索太空的進程。如果可以將材料運送至太空，並在國際空間站進行生產和製造，情況將大大改觀。在這一領域，3D列印技術將大有可為。