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如果太空制造有边界,那只能是想象力

作者:大众排行网 发布时间:2020-08-06 23:51

种植太空蔬菜、3D打印人体组织、用火星二氧化碳制造氧气……

如果太空制造有边界,那只能是想象力 

北京时间8月3日凌晨,美国探索技术公司(SpaceX)的载人龙飞船完成了其首次载人飞行,两位宇航员在国际空间站停留了63天后成功返回地球。这不仅是商业航天新时代的“开幕秀”,也意味着更多人距离“上天”探索太空更进一步。

随着人类探索深空的脚步加快,如何将太空独特的环境为我所用,成了科学家们关注的焦点,“太空制造”就是其一。

此前有报道称,月球土壤可作为材料3D打印出火箭零部件。近日,刊发在《科学进展》期刊上的一项研究成果让饱受关注的国际空间站又刷了一波存在感,起因是一名宇航员在国际空间站中,利用磁悬浮装置制造出人工人类软骨。

“厂址”不同生产需求和目的也不同

提及太空制造,大多数人可能会联想到这样的场景:无重力的飞船舱内,宇航员艰难地挪动着被厚重宇航服包围着的手臂,将一滴金属液体从仪器中挤出,然后看着这颗漂浮在空中的液体凝固成完美的球形,或许还会发出一声“哇”的感叹。

然而,太空制造可没有想象得这么简单。想要建造一个“太空工厂”,第一步“选址”非常重要。

中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室研究员刘勇在接受科技日报记者采访时表示:“太空生产主要包括两种类型,一种是空间站、飞船舱内无重力环境下的生产,还有一种是在其他行星上,比如火星或者小行星上微弱重力环境下进行的生产。确切地说,虽然都是处于太空环境,但这两种类型的生产需求和目的各不相同。”

刘勇进一步解释说,无重力环境是很多科学实验的理想条件,因为重力会对各类科学实验有不同程度的影响。例如,科学家曾在空间站开展过碳氢化合物、混合燃料的低温燃烧实验研究,并在研究过程中发现了“冷焰”现象,即火焰熄灭以后物质仍然在燃烧。这一发现可在地面提高燃油机的效率并减小污染排放,具有很大应用潜力。但是无重力环境是一种非常特殊的环境,在地面上很难模拟。

另一种太空生产对应的是行星和小行星开发,即利用小天体或者火星上的矿产资源进行生产。早在2015年,美国就立法允许个人和私营企业探索小行星矿产,为商业开发外太空资源铺路,被业内认为将催生“太空淘金热”。

“有些小天体含有很丰富的金属矿,不过开采的成本非常大。现在更多的提法是原位利用,在小天体上直接对这些矿产资源进行加工,生产出需要的产品后直接用来进行太空探索。”刘勇说。

原材料众多产品五花八门

除了矿产,太空制造可原位利用的原料还有很多,堪称“只有想不到,没有做不到”。甚至于,连大气都能作为生产原料。

刘勇举例,火星上存在大量的甲烷,将来可能用来作为火箭发动机的燃料,现在SpaceX正在研发以甲烷为燃料的发动机。

以往探测数据还显示,火星大气中95.9%成分为二氧化碳。经过多年研究,美国国家航空航天局(NASA)已经开发出将火星的二氧化碳转化为氧气的技术。今年美国发射的火星探测器搭载了7个有效载荷,其中就包括名为“火星氧气原位资源利用实验”(MOXIE)的设备,它将从火星大气中收集二氧化碳,然后将二氧化碳分子分解成氧气和一氧化碳。

刘勇表示,MOXIE这一实验对火星之旅具有重要意义。因为氧气是火箭发动机的主要推进剂,在返回地球时,更大规模的“大气处理器”可以让宇航员轻松离开火星表面。这些“太空造”氧气还可以用来供宇航员呼吸使用,从而进一步节省原定携带氧气所占用的宝贵空间。

原料众多,“太空工厂”生产出的产品自然也五花八门。除了就地取材、原位生产产出的矿物质产品、能源燃料等,科学家们还在很多领域探索出了不一样的“生产线”。

例如,已经走进百姓“菜篮子”的“太空辣椒”“太空土豆”等食品,就是利用太空宇宙射线、高真空、微重力等特殊条件,诱发种子染色体畸变,进而导致生物遗传性状的变异,这些“太空造”农产品一方面可被带回地球供科学研究,另一方面,在太空环境下直接生产农产品,也可解决太空人员的食物来源问题。

近年来,太空3D打印的人体骨骼等生物制品也是学界的热门课题。2018年底,俄罗斯宇航员利用俄罗斯Invitro医疗公司研制的生物3D打印机在国际空间站首次在轨打印了人类软骨组织和啮齿动物的甲状腺组织。美国Allevi公司等也计划在微重力环境下打印生物材料甚至器官。


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