為什么我們要千里迢迢去太空做實(shí)驗(yàn)

艾飛

宇航員在國(guó)際空間站里都忙些什么呢？可以舉兩個(gè)例子。一是在進(jìn)行植物實(shí)驗(yàn)，研究人類在太空中如何解決長(zhǎng)期的口糧問題。另一個(gè)是在進(jìn)行材料實(shí)驗(yàn)，研究如何利用太空的特殊環(huán)境合成一些新型材料，來改變?nèi)祟惖纳睢?/p>

為什么我們要千里迢迢去太空進(jìn)行材料科學(xué)的實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

在地球上有一些常見的現(xiàn)象，比如浮力、對(duì)流、沉降和靜水壓，它們產(chǎn)生的主要原因是地球的重力作用。這些效應(yīng)在材料合成的時(shí)候容易造成組分的不均勻、分層、缺陷，從而使材料的質(zhì)量和性能出現(xiàn)問題。

像沉降效應(yīng)，我們?nèi)粘Ｊ褂玫臇|西大多數(shù)是由兩種以上的元素組成的，在熔化、制造材料的時(shí)候，重的、密度大的元素往下沉，輕的浮在上面，容易造成整個(gè)材料上下不均勻甚至分層。而在太空微重力的環(huán)境下，物體顆?？梢猿尸F(xiàn)出懸浮的狀態(tài)，使材料結(jié)構(gòu)像火龍果里的黑色顆粒那樣均勻分布。

太空一般是指距離地面100公里以外的外層宇宙空間。它有哪些特點(diǎn)呢？第一是微重力，在太空中，人感受到的重力是地球表面的萬分之一、十萬分之一，甚至更小。第二是超高真空，沒有可以呼吸的空氣。第三是超潔凈。第四是強(qiáng)輻射，在大氣層以外，紫外線以及高能宇宙射線都是非常致命的。第五是超低溫，氣溫可以達(dá)到零下200多攝氏度，非常冷。

這些極端特殊的條件在地球上都是很難實(shí)現(xiàn)的。幾十年來，世界上各個(gè)航天大國(guó)都紛紛搶占太空的制高點(diǎn)，來尋求太空資源的利用和開發(fā)。有了太空這樣非常特殊的條件，科學(xué)家們可以大展身手，嘗試各種新的探索。

以材料科學(xué)為例，在太空中合成材料能夠獲得更高完整性、更高均勻性、更高純度、更大尺度的材料樣品。

我們可以大膽地發(fā)揮想象，未來太空中的材料工廠可能會(huì)是這樣的：在太空中直接進(jìn)行材料的3D打印、產(chǎn)品生產(chǎn)，針對(duì)某些非常有用的材料，在專門的太空實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行制造。也許還會(huì)在某一個(gè)小行星上直接建材料工廠，就地取材、就地制造。這些都不是天方夜譚。

（摘自2021年7月23日《解放日?qǐng)?bào)》，本刊有刪節(jié)，小黑孩圖）