太空制造,太空制造引力

麦兜 2024-03-27 01:54:01

人类可以在太空中制造重力吗？

有没有可能在太空中创造出重力来？如果可以，应该怎么做？如果不能，又是因为我们欠缺了什么呢？

在太空中，通过旋转航天器或空间站来创造“人造重力”是可行的。当空间站旋转时，离心力会把人向外拉，这个过程可以用来模拟重力。但是它不会完全相同，因为更大的科里奥利力（对旋转体系中进行直线运动的质点，由于惯性，相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性。）同时也会出现，所以这时轨迹会落入曲线而非直线。

问：我正在读关于太空殖民的文章，然后我看到了一些对于圆柱形空间站内部状况设想的图片。里面有许多层陆地，所以如果你站在一层陆地上抬起头来，你会俯视你上层的人。这时引力如何作用呢？你上一层的引力不会把你拉起来吗？

答 : 如上所述，在空间站制造人造重力可能的方法是使用旋转系统（如旋转圆筒，圆环或球体）。从技术上来讲，旋转能够产生与重力相同的效果，因为它产生的离心力一定程度上与重力很相似。而通过调整空间站的某些参数（例如半径和旋转速率），就可以在外墙上创建一个等同于重力的力。

这有点像在游乐园，其中一个项目是你进入一个有很多人的大圆筒，大家都贴着墙壁站好。然后圆筒旋转起来，产生一种让你感觉被压在墙壁上的力量。每个人都像是被粘在房间的墙壁上一样，然后地板会消失。但没人会跌出去，因为他们被旋转的力量按在了墙壁上。另一个例子是在你的头上旋转一桶倒过来的水。如果你旋转水桶的速度够快，水就追不上你。

在一个旋转的空间站中，人们也会被“卡在”外侧墙壁上，但是却是因为一个与重力类似的力，这样他们就可以在外侧墙壁上走动。旋转圆筒外侧各处的力将是相同的，所以根据不同的设计，人们可能看起来像是倒吊在天花板上一样！

你周围人的重力不会产生明显差异。的确所有具有质量的物体都会对其他物体有引力作用，但除非质量非常大（如地球），否则效果四舍五入可以忽略不计。空间站的人不会影响空间站里其他人的人造重力，就像在地球时不会影响重力一样。

问：除了使整个城市都旋转起来，有没有其他方法可以在太空城市中制造出人工重力？

答 : 根据现存知识，质量是物质间出现引力的唯一原因。具有质量的物质具有一定的引力并且会与具有质量的其他物质相互作用。通过在太空中旋转一个城市不会产生引力，只能模拟引力。假设这个城市是环形的且旋转得足够快，则其中的一切都会感觉有一股力将它们向外拉，但这是离心力而非引力。大多数情况下它会以类似的方式起作用，但并不会完全相同。例如，如果你从非常“高”的地方（靠近环中心）扔一个东西，它并不会直接掉到它正下方的地面上。因为当落下的物体朝“地面”运动时，地面同时是在旋转着的。这一现象有时被解释为科里奥利力。如果你读过Arthur C. Clarke的小说《Rendezvous with Rama》，他就描述了一个利用旋转模拟重力的城市，甚至还谈到了它的天气状况。

问：可以在表面上均匀地产生引力吗？或许通过利用引力子的方法？

答 : 引力子是理论上可以承载重力的粒子，就像光子（光粒子）被认为可以携带电磁力一样。与宇宙中的其他力相比，引力非常弱，因此其携带力的粒子很难被发现。目前还没人检测到引力子，我们知道产生它们的唯一方法就是拥有质量，就像上文提到的那样。因此，从表面均匀地产生引力的唯一方法就是使该表面具有巨大的质量！

问：我无法理解在太空中旋转利用离心力的东西是如何工作的。你不必拥有一定重量吗？否则地板不会在你脚下打滑吗？如果地板连着一面墙，你不会被甩到上面吗？我只能理解在你下方有某种恒定的加速度，从一个方向推动你来让你保持直立这种方式。

答: 你需要理解离心力的关键是质量。砖块在地球表面与在深空中具有相同的质量。而重量是由于重力引起的某种感觉的力量：所以砖块在地球表面附近的重量要比在深空中的重量大得多。现在我们已经解决了这个问题，让我们谈谈离心力。

我能理解你为什么感到困惑：如果我理解正确的话，你应该是想象了一个宇航员漂浮在一个固定的空间站内并且不碰任何东西。而当空间站开始旋转时，它似乎不应该对宇航员有任何影响对吧？没错！如果没有任何东西对宇航员施加力量，他们在空间站旋转时只会漂浮着。

但是空间站并不是空的。其中有空气，而正如你所说，还有墙壁和其他障碍物。当空间站开始旋转时，其中的空气也将开始随之移动，因此即使没有其他任何物体，周围空气的轻微推动也会使宇航员移动。而一旦宇航员开始移动，他们接触旋转空间站的外缘（很快将成为地板）只是时间问题。

现在我们来思考离心力是如何工作的。还有另一种方法来理解，就像我接下来将描述的这样，而这会使它看起来根本不像一个真正的力！好的，所以什么是力呢？力会导致一个有质量的实物加速。我们在上文已经定义过质量了，但什么是加速度？最简单的定义是，加速度是指事物的进展速度或方向的变化。所以，当我们的宇航员被空间站内的某个东西所推动，而这个东西正在与车站本身一起旋转，宇航员现在将朝着某个方向漂移。物理定律说宇航员将直线行驶（当没有加速度）直到一些新的力来作用。

如果你是一名宇航员，在一个圆形的旋转空间站内直线行进，最终这条直线将与“地板”相交。而当它发生时，你的身体想要保持直线行进，却被地板挡住了，所以地板会给你一个向内的推力还有一个沿着它运动方向的力。地板施加了一个力，进而导致加速度。

你可能已经知道接下来会发生什么了。当宇航员被旋转地板撞击，最终他们将以相同的速度前进。但请记住，加速度是速度或方向的变化！如果你从远处看，宇航员似乎是在沿着圆形空间站周围曲线前进。而要想走出一条弯曲的路径，必须有加速度来使宇航员的路径转向，因此必须有力。那力的方向呢？如果你是宇航员，你现在就站在旋转空间站的地板上，双脚从旋转轴向外。感觉起来像是地板正在推动你的脚，所以力实际上是向内的，朝向中心轴！

晕了吗？好吧，这样想。当你站在地面上时，重力朝什么方向？下。那你为什么不会直线坠落到地球的中心呢？因为地球的表面在以相同的力量推动你的鞋子，但方向相反！空间站中也一样：离心“力”似乎向外推动物体，但空间站提供了向内推动的相反的“向心力”。

最终的结果是，这将感觉类似于在行星的表面上行走（如果空间站以正确的速度旋转的话）。

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. Ryan Anderson- curious.astro.cornell

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太空制造,太空制造重力环境

载人航天技术的意义

问题一：载人航天的发展意义众所共知，航天技术的发展给人类带来众多的益处。如果有了人在太空活动，就可使航天技术如虎添翼，充分发挥人的智慧与技能，解决无人在太空活动的航天技术上一些难题。人有独特的能力，如应急的判断力、创造力和主动的维修及调控功能。人有知觉和感觉，如视、听、触和运动感觉、有冷、热、嗅觉和平衡感等。人对信息处理和观察外界变化非常主动，还有认识能力，以及联想、总结、分析和综合记忆力等，其中有些是“电脑”不能代替的。人的控制和运动能力是载人航天中主要活动之一，包括力量的产生和运用、运动速度的控制、自发力控制和连续调整控制等，这些都对空间的操作活动有决定意义。即使一切都是自动化、智能化，也离不开人的介入，如虎添翼的道理就在于此！载人航天大大扩展了人类的活动范围，是进一步大规模开发、利用空间资源的重要手段，对国家的政治、经济和科技等方面的发展都有重要的战略意义。原苏联宇航员加加林1961年首次进入太空，美国“阿波罗”飞船1969年成功登月，这两个轰动世界的壮举发掘和吸引了数以十万计的精英人才。美国宇航局专家曾计算，美国在载人航天上的每1美元投资都能收到9美元效益，有3万多种民用产品得益于研制航天飞机发展出的技术，更不用说航天飞机一百多次飞行所带来的科学成果。载人航天技术的日臻完善还促成了“太空旅游”。在2001年和2002年，美国人蒂托和南非人沙特尔沃思分别支付2千万美元，赴国际空间站旅游了约一星期。第三批共两位游客于2005年年初再赴国际空间站，而他们身后的报名者还有约10人。专家们预计，将来太空还可能成为普通人的旅游热点。发展载人航天有何意义呢？总的说来有如下几个方面：（1）在科技方面，因为载人航天技术是科技密集综合性尖端技术，它体现了现代科学技术多个领域的成就，同时又给予现代科学技术各个领域提出了新的发展需求，从而促进和推动整个科学技术的发展，也就是说一个国家载人航天技术的发展，可以反映这个国家的整体科学技术和高技术产业水平，如系统工程、自动控制技术、计算机系统、推进能力、环控生保技术、通信、遥感、测试技术等。也体现了这个国家的近代力学、天文学、地球科学和空间科学的发展水平，特别是这个国家的航天医学工程的发展水平，如果没有航天医学工程的研究与发展，想要把人送进太空并安全、健康、高效地生活和工作是不可能的。（2）发展载人航天能体现一个国家综合国力；当今世界各发达国家在发展战略上都把综合国力的增强作为首要目标，其核心是发展高科技，而主科技的主要内容之一就是载人航天。当一个国家把自己的航天员送入太空时，它可充分体现其综合国力的强盛，也将增强该国民众的民族自豪感、振奋民族精神、增强了全民的凝聚力。特别是我国航天员一旦进入太空，则能像六七十年代我国拥有核武器和人造地球卫星那样，引起全世界人民注视，提高我国的国际地位。（3）载人航天的发展能更好地开发太空资源为地球人类造福。现已知浩瀚的太空是人类巨大的宝库，它含有丰富的资源，而载人航天事业是使用通向这个宝库的桥梁，试想航天员们在太空对地球居高临下，能以各种不同的手段对地球进行观测，它可以比无人的探测和遥感获取更多的信息和资料。而太空工厂的工艺加工几乎成了“魔术”，它在微重力、真空和无对流的条件下，可以制造地球上难以完成的合金材料和“灵丹妙药”以及有关产品。太空工厂的产品或半成品送回地面后，也许还会带来“新的工业革命”。可以预料，印有“太空制造”字样物品将会不断地投放市场。（4）载人航天是人类发展的一个新阶段的开始，因为人类可以通过载人航天的桥梁，转移到其他星体居住和生活，开发出更美好的生活空间。这不是可望而......

问题二：中国航天的发展意义自从前苏联在1957年将人类带入航天时代，随后的四十年间，人们目睹了前苏联宇航员加加林首先实现人类的太空梦，美国的阿波罗工程六次拜访月宫的壮举，人类一次次地实现着几千年来的飞天之梦。载人航天技术使得我们的活动空间从陆地、海洋拓展到了大气层外的宇宙空间，我们终于可以亲自看到孕育人类的地球是怎样一个美丽的蓝色宝石。一项项的成就和辉煌曾经让我们拥有太多的振奋和憧憬，而一次次的失败和牺牲又让我们承受了怎样的痛苦和伤悲。高昂的代价让人们充分认识到了载人航天事业的艰巨性、复杂性和冒险性，但是对于太空的向往和执着使我们从未停止过迈向宇宙的步伐，而这皆因为载人航天事业的发展对于国家、民族乃至全人类都具有极为重要的意义。中国同样愿意为人类这一共同的主题贡献我们的一份力量。集中来说，在中国发展载人航天事业的意义有如下几个方面：1.载人航天事业是人类历史上最为复杂的系统工程之一，它的发展取决于整个科技水平的发展。同时，它也影响这整个现代科学技术领域的发展，同时对于现代科学技术的各个领域提出了新的发展要求，从而可促进和推动整个科学技术的发展。一个国家载人航天技术的发展，可以反映出这个国家的整体科学技术和高科技产业水平，如系统工程、自动控制技术、计算机系统、推进能力、环控生保技术、通信、遥感以及测试技术等诸多方面。它也能体现这个国家近代力学、天文学、地球科学和空间科学的发展水平。没有航天医学工程的研究与发展，要想把人送进太空并安全、健康而有效地生活和工作是不可能的。美国赫赫有名的阿波罗计划从1961年开始实施至1972年结束，共花费240亿美元，先后完成6次登月飞行，把12人送上月球并安全返回地面。它不仅实现了美国赶超苏联的政治目的，同时也带动了美国科学技术特别是推进、制导、结构材料、电子学和管理科学的发展。在中国综合国力不断增强的今天，载人航天事业的发展能在极大程度上实现中国科技力量的跨越式发展。2.发展载人航天是当今各国综合国力的直接体现。各发达国家都在发展战略上都将增强综合国力作为首要目标，其核心就是高科技的发展，而载人航天技术就是其主要内容之一。一个国家如果能将自己的宇航员送入太空，不仅仅是国力的体现，而且也将在很大程度上增前民众的自豪感，提高民族精神，增强凝聚力。特别是“神舟飞船”计划一旦获得成功，将如同60年代的“两弹一星”工程一样，引起全世界的注视，提高我国的国际地位。3.毫无疑问，在地球资源日渐枯竭的未来，对太空资源的开发和利用就日渐重要。而载人航天技术显然在其中占有重要地位。在已知浩瀚的太空是拥有丰富资源的巨大宝库，载人航天事业就是通向这个宝库的桥梁。“太空工厂”可以几乎像是在变魔术一般，在微重力、真空和无对流的条件下，制造出地球上难以形成的合金材料和其它的相关产品，可以想象如果说前三次工业革命给人类带来了巨大的财富，那么这次由太空技术引发的“新工业革命”最终将改变整个人类社会的现有模式，“Made In Space”的字样将充满整个市场的各个角落。中国要想在未来市场中占据一席之地，离不开开发太空资源的基础载人航天技术。除了以上几点，载人航天事业的从分发展将标志着人类的发展进入到一个新的阶段的开始。以往只有在科幻电影中才能见到的镜头，将一步步在我们的现实生活中实现。人类转移到其他星球上居住和生活将不再是幻想，完全可以开发出更加美好的生活空间，来解决生活空间越来越拥挤的现状，特别对于中国。到了那个时候，人类又将面临着更多新的考验和抉择。

问题三：载人航天精神的发展载人航天意义（1）在科技方面，因为载人航天技术是科技密集综合性尖端技术，它体现了现代科学技术多个领域的成就，同时又给予现代科学技术各个领域提出了新的发展需求，从而促进和推动整个科学技术的发展，也就是说一个国家载人航天技术的发展，可以反映这个国家的整体科学技术和高技术产业水平，如系统工程、自动控制技术、计算机系统、推进能力、环控生保技术、通信、遥感、测试技术等。也体现了这个国家的近代力学、天文学、地球科学和空间科学的发展水平，特别是这个国家的航天医学工程的发展水平，如果没有航天医学工程的研究与发展，想要把人送进太空并安全、健康、高效地生活和工作是不可能的。（2）发展载人航天能体现一个国家综合国力；当今世界各发达国家在发展战略上都把综合国力的增强作为首要目标，其核心是发展高科技，而主科技的主要内容之一就是载人航天。当一个国家把自己的航天员送入太空时，它可充分体现其综合国力的强盛，也将增强该国民众的民族自豪感、振奋民族精神、增强了全民的凝聚力。特别是我国航天员一旦进入太空，则能像六七十年代我国拥有核武器和人造地球卫星那样，引起全世界人民注视，提高我国的国际地位。（3）载人航天的发展能更好地开发太空资源为地球人类造福。现已知浩瀚的太空是人类巨大的宝库，它含有丰富的资源，而载人航天事业是使用通向这个宝库的桥梁，试想航天员们在太空对地球居高临下，能以各种不同的手段对地球进行观测，它可以比无人的探测和遥感获取更多的信息和资料。而太空工厂的工艺加工几乎成了“魔术”，它在微重力、真空和无对流的条件下，可以制造地球上难以完成的合金材料和“灵丹妙药”以及有关产品。太空工厂的产品或半成品送回地面后，也许还会带来“新的工业革命”。可以预料，印有“太空制造”字样物品将会不断地投放市场(4）载人航天是人类发展的一个新阶段的开始，因为人类可以通过载人航天的桥梁，转移到其他星体居住和生活，开发出更美好的生活空间。这不是可望而不可及的事情。当前首先要做的是人们到太空旅游、先看看神秘的太空和美妙的仙境。不久，人类将主宰太空，实现人类发展的革命。因为载人航天事业是一项巨大的系统工程，所以它的发展基础必须是：综合国力强盛，经济发展水平高，有一定的财政支持，有一批从事航天科技事业的骨干人才队伍，有先进的科学技术的发展水平。这样才有可能发展载人航天事业。我国现已基本具备上述基础，所以才发射了载人试验飞船。具备什么条件才能发展载人航天事业呢？简单地说就是建立国家载人航天大系统，或称载人航天体系。因为这个体系是国家直接支持和规划的，这个体系又是在航天技术日趋成熟的条件下建立的。例如，地面发射基地的建设，指挥管理系统的组建、跟踪、遥测、遥控和通信网络的组建，火箭与推进系统的建设，航天器制造工艺中的新材料的研制，发射、回收等技术均已成熟和具备的情况下，重点是航天员系统的完善。它涉及选拔什么样的人进入太空，建立航天员的训练基地，建立航天医学体系，结合航天器研制建立航天员的环境控制与生命保障系统，组织好航天员进入太空的前、中、后的医学监督与保障工作，确保航天员的安全，结合载人航天器研制增设应急救生系统等等。

问题四：中国首次载人航天飞行的意义实现了中国载人航天零的突破，是世界上第三个把航天员送入太空的国家，对于中国航天事业具有划时代的意义！

问题五：中国载人航天的历史意义中国到底能从载人航天中获得怎样的收益呢？让我们看看官方文件怎么说：

《2006年中国的航天》白皮书开宗明义地指出，中国航天事业的发展原则是：坚持服从和服务于国家整体发展战略，满足国家需求，体现国家意志。中国将发展航天事业作为增强国家经济实力、科技实力、国防实力和民族凝聚力的一项强国兴邦的战略举措，作为国家整体发展战略的重要组成部分，保持航天事业长期、稳定的发展。

请注意上文的措辞，中国发展载人航天的主要目的不是为了增进对科学的了解（无人航天任务花费更少，但取得的科学发现更多），而是为了服从和服务于国家整体发展战略。中国的国家整体发展战略是什么？实现中华民族的伟大复兴。载人航天既不能促进经济增长（否则苏联的经济将是世界第一），也不能抵御外来侵略。怎么靠它实现大国崛起与国家复兴？让我们从历史中寻找答案。

载人航天具有震人心魄的象征意义

按照其所占GDP百分比计算，载人航天是有史以来花费最大的工程，超过了金字塔、长城和大教堂以及各时代的奇迹工程。但它对工业经济的贡献又很有限。20世纪50年代以来，西方各国主要通过电子技术革命和信息技术革命实现经济高速增长，而不是航天技术。既然回报有限，为何大国还要乐此不疲地搞下去呢？

这是因为载人航天在现代社会的作用就像金字塔、长城和大教堂在古代的作用一样。

载人航天是当代的金字塔和大教堂。今人与古人一样，对浩渺苍穹充满敬畏，渴望与主宰生死乃至主宰整个宇宙的力量建立联系。古人云：通天者王。过去只有安放法老遗体的金字塔和与上帝沟通的大教堂才能做到这一点，现在，则有载人航天。

载人航天是当代的万里长城。当秦始皇以举国之力完成分隔农业文明与游牧文明的藩篱时，他自己也知道，这道墙的象征意义大于实际功用。长城是一个符号，是中原王朝先进生产力的物质载体，是拒敌于国门之外的意志象征。它的威慑力量与军事价值同样重要。载人航天也是这样。谁控制了太空谁就控制了地球。试想在剑拔弩张的年代，总有一个非我族类的优秀代表每隔90分钟就出现在头顶一次，下面的芸芸众生会有何种感受？这种无助感与屈辱感正是当年美国人得知苏联的卫星、苏联的航天员率先飞上太空的真实感觉。这也是《中国的航天》白皮书提及增强民族凝聚力的原因所在。

问题六：大力发展航天技术的重要意义我国大力发展航天技术的伟大意义。 1、站领太空这个制高点。

2、航天工业是尖端工业，大力发展我国的尖端工业，能提高我国的综合国力。

3、大力发展我国的高科技，能增强我国民族的凝聚力。

4、大力发展我国的航天事业，能提高我国在国际上的地位，与我国的大国地位相匹配，为世界航天事业做出积极贡献，为世界和平做出贡献。

5、大力发展我国的航天工业，能带动各相关工业的发展。

6、人类未来的活动空间在太空，许多在地球上不能干的工作，要到太空去完成，例如：太空农场、太空工厂、太空实验室。

7、未来的战场在太空，大力发展我国的航天科技，为建立一支强大的天军做准备。将来，谁夺取制天权，谁就赢得战争。

问题七：我国载人航天三步走的内容意义何在 40分飞天梦想、千年夙愿。我国载人航天工程实行“三步走战略”：第一步是发射无人和载人飞船，而第一步的任务已经完成；第二步是继续突破载人航天的基本技术，发射“神六”、“神七”、“神八”、“神九”标志着中国实施载人航天工程的第二步计划；第三步是建立永久性的空间试验室。作为中国载人航天工程“三步走”中第二步的重要一环，2011年9月升空的天宫一号和11月升空的“神八”首度验证中国人自己的空间交会对接技术；尤其2012年6月18日升空的“神九” 与“天宫一号”交会对接，更是“三步走”中第二步的关键之战，具有里程碑意义。由于中国航天人根据我国实际情况，积极探索和掌握探索太空前沿技术，经过几代航天科研人员努力和奋斗，目前我国航天事业稳步发展前进，不断实现跨越式飞跃，基本上没有走弯路，中国航天的传奇还将续写更加辉煌的篇章。

「飞船专栏」太空实验室/太空加工厂

20多年来，人类利用飞船的空间实验支持能力，进行了大量广泛的科学实验、应用研究与高价值加工，开辟了一个新兴的领域——太空实验室/太空加工厂。太空实验室/太空加工厂已在空间生命科学、空间材料科学、空间天文和微重力流体物理实验等多个领域开展了大量的实验和研究工作，取得了丰硕的科研成果。

美苏在“阿波罗-联盟号”飞船的对接飞行中，曾用“宇宙多用电炉”进行了空间冶炼试验，使两种比重完全不同的金属熔化在一起，获得了地球上无法制造的铝钨合金；1982年发射人轨的“礼炮7”号空间站上，曾生产出第一批太空制造的优质单晶，重1.5千克，可用于电子计算机元器件的制造；1984年“发现”号航天飞机在为期8天的飞行中，宇航员利用失重环境生产出一种联结电脑和电话光导纤维的纯净有机晶体等等...可以说，失重、真空、无污染的宇宙空间，是人类进行工业加工名副其实的“天府之国”，为人类带来巨大的经济效益。

除此以外，独特的宇宙环境也为人类开展太空科学实验插上了翅膀。

2016年．美国宇航员Shane Kimbrough 用蔬菜生产系统终止了多种绿叶蔬菜，以了解植物对微重力的反应，改善种植技术，实现空间站新鲜食材自给自足；2017年，NASA宇航员在空间站研究能支撑生命的毛细管结构硬件。在用3D技术打印的硬件中央，这种毛细管结构与管道、阀门、泵连成网络，已测试微重力下的毛细管行为；2018年，天宫二号上搭载的天极望远镜成功探测到太阳伽马射线爆发，成功揭秘黑洞形成过程，找到了人类开启宇宙奥秘的那把钥匙。

今年五月，我国长征五号B运载火箭搭载了一台“3D打印机”。这是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验，目的是为了支持未来空间站的长期在轨运行，以及发展空间超大型结构在轨制造和扩建。这相当于计划在太空中搭建一个建造工厂，直接为空间站提供建筑材料，而省去从地球发射笨重设备的环节，直接提供“建筑材料”即可维持空间站的建设。

同时，针对太空无菌、高洁净、微重力特环境，可以进行一些特效药物的生产提纯，解决疑难顽症的治疗和制造特殊药物。

例如利用电波法在太空制造同一药物，其纯度比在地面上高10倍以上。有资料表明，在同样设备的情况下，太空制药一个月的产量，相当于地球上30年~60年的产量；例如，地球上严重烫伤烧伤的患者植皮后，由于与床接触的部分皮肤血循环不充分，极难治愈。但如果处于失重的状态，患者便能悬浮于空中，为治疗带来极大方便；例如在“神舟一号”飞船上进行了搭载实验、通过太空诱变，发现其中的他汀成分含量比地面提高一倍多，成功解决了地面无法做到的他汀与硒的复合问题，形成天然他汀与硒的复合物富硒他汀，为心脑血管患者带来了福音。

受到太空加工厂/实验室的诱惑力和发展潜力，美国总统曾在国情咨文中宣布，计划十年内建造一座永久载人空间站，该空间站包括一个科学实验室、一座空间工厂、一个向外层空间发射探测器的航天基地。初步拟定了109项科学实验和太空生产项目，常驻6 8人，届时将由航天飞机每隔半年往返一次，送去生产资料和生活资料，取回工业产品和探测资料。可以说，太空产业已经逐步发展起来，宇宙空间也许会出现一批“太空制造厂”、“太空焊接厂”、“太空观测厂”、“太空试验站”等等，市场也将有更多的太空商品出售，人类将直接受益于茫茫的宇宙空间。

在太空，空间站都能做什么

来源:北京日报

在太空，空间站都能做什么

庞之浩

我国空间站建造已于今年拉开帷幕，定于2022年在轨建造完毕，实现中国载人航天工程三步走发展战略第三步的任务目标。

开展长期有人照料的大规模空间应用是建造空间站的最终目的。那么，位于太空的空间站究竟能做些什么？今天我们约请全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩和读者聊一聊。

1 剥去重力掩盖的新颖物理世界

很多人都看过2013年我国女航天员王亚平在“天宫一号”目标飞行器内做的5个物理小实验，感到很震撼、很神奇，因为这些看似平常的小实验在地面重力环境下很难做出来。在地面无法创造出长期的微重力环境，在空间站上则有得天独厚的条件，而且很多物质在微重力环境中都有与众不同的独特现象。

例如，在空间站里水不再往低处流，甚至可以用竹篮打水；液体中密度不同的成分不会发生沉淀和对流；水和蜡烛燃烧都会呈球状，等等。

在空间站微重力环境下，地面重力效应所掩盖的一些次级效应凸显，从而导致流体形态和物理（化学）过程等发生显著变化，影响或改变流动和燃烧机制，也影响到相关的材料（包括生物材料）加工及制备过程。微重力还会对一些基础物理的实验条件产生重要影响，能够以更高的指标和精度开展实验，对重要的基础物理理论进行验证。此外，由于各种生物包括人类的生存和进化一直是在重力环境下实现的，所以微重力环境对生物体及其各层次的影响也会十分显著。因此，微重力环境是开展相关科学研究独特而宝贵的资源。

在空间站内，微重力引起的流体扩散过程成为主要因素；流体中浮力基本消失，液体的约束力来自于表面张力，润湿现象（液体在另一种物体表面的扩散现象）和毛细现象加剧，因此，发展空间站的国家都积极开展微重力物理、微重力生物学和微重力生命科学等领域的研究，同时还进行有关生产制造和加工工艺实验，大力开展微重力应用和实验研究。

研究空间燃烧科学，能增进对燃烧基本原理受重力影响的了解，从而增进对在地面上燃烧的认识，这有助于提高燃烧效率，解决污染、大气变化、全球变暖、火灾等问题。由于人类社会主要依靠燃烧获得能源，提高燃烧效率对社会的影响是巨大的，石油的燃烧效率每提高1%，全世界每年就可以节省几亿桶石油。

2 研究生物和航天医学的圣地

不少国家都在空间站上开展了生物工程方面的实验，这是因为在地面由于重力的作用，在蛋白质溶液中，密度小的会上浮，密度大的会下沉，从而形成对流。这种对流在蛋白质结晶过程中产生漩涡，改变了蛋白质分子结晶的方位，造成晶格杂乱，无法获得足够高品质和足够大的蛋白质结晶。但在空间站微重力环境下，由于没有沉淀和对流的影响，所以能够生产出足够大的高品质蛋白质晶体，为深入研究蛋白质结构及其功能创造了良好的条件。

空间站上的航天员常把自己作为研究对象，开展航天医学研究，以揭示太空环境对重要生命现象及生命过程的作用与影响，从而增进对生命起源、生命现象和本质以及生命活动基本规律的认识，为发展地基生物技术提供理论依据，并为改善人长期在太空生活质量提供依据。

俄罗斯医学生物问题研究所副所长波利亚科夫博士在“和平号”空间站上创造了连续逗留438天的世界纪录，目的就是要研究长期在太空生活和工作对人的生理和心理有哪些影响，以便为今后载人登火星做准备。美国还用一对双胞胎兄弟分别在国际空间站上和地面进行了为期一年的对比实验，以研究他们的差异。

我国曾在太空用生物培养箱，进行了植物、动物、水生生物、微生物、细胞和细胞组织等空间环境生物学效应实验，从不同层次上研究了不同类别生物体和多元生物封闭系统的空间环境效应，并提供了空间生命过程调控的新技术、新思路，获得和选取了新颖的生物材料；通过小型空间连续自由电泳仪，开展了细胞和生物大分子空间分离纯化方法和技术研究，利用空间分离纯化实验考核了有关方法和技术，为空间生物样品分离纯化和空间制药奠定了基础。

我国首位女航天员刘洋在“天宫一号”上完成了15项航天医学实验，其中最主要的有5项：研究飞行对心血管的影响、微重力时细胞的调节作用、空间骨丢失的防护、采集并分析舱内有害气体、在轨测量人体质量。其目的是要首先保证航天员在太空的健康，为后续载人航天任务防护措施的制定提供理论依据。

3 开展观地、望天和技术试验

航天员参与对地观测后，能提高遥感装置的利用率，快速而准确地对新发现的目标和新情况进行分析和判断，从而拍摄了大量有价值的资料。例如，美国“天空实验室”上的3批航天员在171天的飞行过程中，共拍摄了4万多张地面照片，记录观察地球数据的磁带长达69千米。苏联“礼炮7号”空间站上的航天员，每天用60%的时间从事对地球的研究，搜集了大量地球自然资源、地质地貌、大气层状况、耕地季节变化、世界海洋变化和水生物状况等信息。

通过航天员在飞行过程中所拍摄的照片，苏联重新精确而详细地绘制了本国的地图。在贝加尔湖-阿穆尔新铁路的勘测选线工程中，苏联利用空间站航天员通过多光谱相机拍摄的地面照片，了解了该地段的构造断层和地下水汇聚点，为铁路部门节省了700万卢布投资。

用空间站进行天文观测，可以不受大气层的影响，航天员灵活操作天文望远镜，选择观测重点，扩大观测范围，并具有边观测边分析的能力。

美国“天空实验室”空间站在载人飞行期间，航天员用58种仪器进行了天文、地理和医学等270多项科学研究，用太阳望远镜观测太阳，拍摄了18万张太阳活动的照片；用6种遥感仪器对地球进行观测，勘探地球资源，侦察军事目标，并拍摄了4万多张地面照片；用7种仪器研究了太阳系和银河系的情况，录制了30多千米长的录像磁带。

空间站的一项重要用途就是进行技术试验，为未来的载人航天和其他航天活动做准备。航天员已在“国际空间站”上开展重返月球和载人登火的技术试验。

我国在发射“神舟七号”飞船时，曾在舱外放置了许多种固体润滑材料和太阳电池基底薄膜材料进行暴露试验。实验完毕后，由航天员翟志刚出舱回收试验样品，并随返回舱带回地面进行了研究。

4 微重力“空间工厂”前景美好

由于在空间站微重力环境中的液体能自由悬浮，因此适合进行太空材料加工研究，揭示被引力所掩盖的各种真实现象和材料物理现象的本质，寻求消除地面制备材料中缺陷的方法，提高地面制备材料的质量。国外空间站现已生产了少量高品质的材料和作为基准的具有特殊性能的材料。

在空间站内的混合物可以均匀地混合，由此能制成地面上不能得到的特种合金；也能制成一种新的泡沫金属。其基本原理是在液态金属中通以气体，失重环境可使气泡不“上浮”，也不“下沉”，均匀地分布在液态金属中，凝固后就成为泡沫金属，这样就能制成轻得像软木塞似的泡沫钢，用它做机翼又轻又结实。微重力环境可使熔化了的金属的液滴形状呈绝对球形，冷却后可以成为理想的滚珠，非常耐磨损，而在受重力影响的地面上很难制造出绝对球形的滚珠，因此不耐磨。

在地面上不能制成很长的玻璃纤维，这是因为没等到液态的玻璃丝凝固，就会由于重力的作用被拉成小段，但在太空能制造出几百米长的玻璃纤维。在太空还可进行无容器的“悬浮冶炼”，消除容器对材料的污染，防止容器本身由于高温而影响金属冶炼的纯度，获得纯度极高的产品，等等。在太空生产的半导体晶体与在地面生产的相比，没有缺陷、个体更大、纯度更高、更加均匀，有望获得电子技术的重大突破。

在空间站上制药，可获得地面难以达到的高纯度和高效率，并可利用太空研究获得对机理的认识，用以指导地面药物制备。目前，药物提纯广泛应用电泳法。但在地面由于受重力的影响，会出现一些严重妨碍电泳正常进行的现象，使许多已经研究出的药物因达不到所需的纯度或成本太高而无法推广应用。而太空电泳试验表明，其分离效率比地面高400-800倍。太空制造1个月的产量，大约等于地面制造30-60年的产量，产品纯度比地面的高4-5倍，从而使药物成本大幅度下降。