在太空中运行的大小天体,还是一种潜在的可利用资源。在21世纪,月球必将成为我们人类的“第八大洲”。除月球外,火星、金星等也正在依次成为人们开发的一个个目标。
除这些大行星外,人们还在考虑捕捉、开发那些偶尔造访地球的近太空的小行星和彗星,用它们的矿产资源来弥补地球矿产资源的不足,或足利用彗星含有大量的水来浇灌地球上干旱的土地。
此外,太空中还存在人量我们今人尚未完全认识到的资源。可见太空开发将是一项诱人的事业。
太空开发是否合算
太空开发是一项耗资十分庞大的工程。譬如研制发射一颗通信卫星,常常需要投资上亿美元。苏联制造的第一架航天飞机“暴风雪”号,连同其运载器“能源”号火箭,约耗资100亿美元。而美国的“阿波罗”登月飞船,则花费了500来亿美元。太空开发不仅花费巨大,而且还要冒很大的风险,稍有不慎就会造成不堪回首的后果。“挑战者”号航天飞机的爆炸,一下子损失了20多亿美元,而且还使7名宇航员魂系长空。
那么,人类为什么要花费如此大的人力,物力,财力,甚至人的生命去进行太空开发?究竟是否合算?
早年,有许多国家的领导人和科学家,对开发太空持相对否定的态度,但随着太空事业的逐渐发展,愈来愈多的事实正在证明,太空带来的经济效益是十分可观的,堪称是一本万利的事业!
先从直接的经济效益来看,获利最丰的是人造卫星的使用。譬如,由于通信卫星具有通信距离远,覆盖区域广,传播质量好,灵活机动和可靠性高,成本费用低等优点,已成为现代通信的主要手段,全世界几乎所有的国家和地区,都在利用它进行通信联络。1985年,欧洲与美国之间用卫星进行一次通话的费用,只有电缆电话租金的1/10。专家们还估计,每发射1吨重的通信卫星,就可节约用于铺设电缆的铜5万吨。虽然发射一颗通信卫星要花费上亿美元,但它常在半年到两年时间内,就可把早期的投资通过产生的效益全部收回。
气象卫星也有相当的使用价值,它提高了气象预报的准确率,使美国每年因恶劣天气造成的损失,从100亿美元减至20亿美元。军事侦察卫星利用,不仅使情报工作摆脱了以往依靠人员搜集的风险,而且还具有安全、高效、迅速、准确的效果……
若从长远的好处来看,太空开发潜在的价值也是无可限量的。美国的“阿波罗”登月飞行,虽然迄今尚未带来什么直接的经济效益,但它却为月球开发奠定了基础。可以预计,一旦月球开发成功,月球土地、月球矿产等等资源的利用,将会给我们带来可观的效益。
此外,太空开发不仅刺激国民经济的发展,也推动科学技术的进步。
太空发电计划是否可行
利用太阳能发电,今天早已不是梦想,但在地面上利用太阳能发电有着种种限制。如把太阳能转化为电能的材料,效率都很低,若要获得充足的电力,就必须铺设面积巨大的太阳能接收板,而这对于寸土寸金的地面来说,显然困难,所以,太阳能至今未能真正大规模地投入使用。
于是,人们把眼光投向了太空,那广袤无垠的空间,不是为太阳能接收板的铺设提供了最佳条件吗?何况太空中,太阳的辐射由于没有被地球大气层所吸收、反射和散射,强度要比地面大得多(指近地空间的强度),估计使用同样面积、同样材料的太阳能接收板,其发电能力会比地面高出10倍。特别是在今天,人们正为地球能源的供应不足和污染而困扰,太空发电计划就更受到人们的青睐。
1994年,日本已制造了一颗小型的太空发电卫星——PSP2000。它的形状为等边三角柱形,柱高303米,三角形的每边长336米,全重24011屯。在柱的两面贴有薄膜状的太阳能电池板,另一面装有向地面输送电能的天线。卫星在赤道上空1100千米的轨道上运行,输出功率为1万千瓦,可相当于1个小型发电厂的功率。虽然输送的电力并不足,但提供给太空中的飞船或空中的飞机十分方便。
美国实施的太空发电计划,有一项被称为“太阳塔”计划,它由一组在距赤道上空约1.2万千米轨道上运行的卫星构成,每颗卫星发电功率为200~400兆瓦。另一项称为“太阳圆盘”计划,它由一组轨道高度高得多的卫星组成,其形状与“太阳塔”卫星相似,但发电功率可达5000兆瓦。这两个计划如真能付诸实施,就可以从太空获得充足的电力。
对于太空产生的电力,如何才能输送到地面上来的问题,一些人建议可把电能转化为微波束来输送,而这必然会存在能量转换的效率问题。有的人更担心微波束会引起电磁干扰,从而带来各种环境问题,所以传送太空电力方面的技术还在探索之中。
太空农业前景如何
太空农业的兴起,首先是为了满足宇航员生活的需要。宇航员的食品都是从地面带上去的,它不能满足宇航员对新鲜蔬菜的需要。而且当人们计划建立永久性的太空站和在月球、火星等类地行星上建立居民点时,太空农业就不能不成为人们关注的重点。何况,我们还知道,植物的生长是地球生态循环的一个重要环节,把植物引入到太空,对改善太空的居住环境也将是十分有益的。
1980年,苏联首次在“礼炮6号”轨道站上。布置了一个经专门设计的太空温室,并且温室内种植了一些兰花,其中不仅有幼苗,也有盛开的鲜花。设计人员认为,航天器的客舱要经常保持使人感到舒适的干燥环境,而这种环境对热带植物的生长是有利的。兰花习惯于长期的干旱条件,又不需要太多的养料,它的根部也不需要很多的土壤,因此成了太空种植业的首选对象。事先科学家把它放在离心机里旋转,使它遭受剧烈振动,再把它放在气压实验室内,长期不给它浇水,证明它能经受航天环境考验以后,才正式把它引种到太空温室中。可是,这些盛开的兰花,在太空温室中只开了5天,便枯萎凋零了。
失败是成功之母,在吸取了教训以后,于1983年,科学家再次在“礼炮7号”轨道站上进行了类似的实验。这次在温室中,除了必要的土壤外,还安装有可为植物生长提供所需的水、阳光和空气的自动装置,特别是加装了用于模拟地球引力场的磁力重力器。结果,轨道站上的葱头生长良好,它们绽出了新芽,生出了片片绿叶,给“礼炮7号”带来了盎然生机。
不过,科学家也发现,一些植物的种子在太空中会发生不同程度的变异。这可能与失重和宇宙辐射有关。因此,如何克服失重和宇宙辐射,是未来发展太空农业的关键。
太空采矿能否实现
矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基础。很难想象如果没有矿产资源,我们又哪来陶瓷、塑料、钢铁和石油。然而,地球资源的枯竭,已使我们的环境恶化。而宇航的发展为我们开辟了太空采矿的途径。
人们早就知道宇宙中存在众多的有用矿产,而且人类最初使用的金属铁,便是来自天上掉下来的铁陨石。古代美索不达米亚人把铁叫作“天空中落下的火”,埃及人则把铁称作“天上的石头”。然而,等待老天的恩赐显然足不行的。有限的小块陨铁,加在一起也只不过是九牛一毛,与我们的需要相比相差太远。
我们还知道,太阳系中的小行星,是许多陨石的母体。其中距地球较近的被称为“阿波罗”的小天体中,直径大于100米的个体就大约有1000~2000颗。它们中有一些几乎由纯金属组成,除铁以外,有的含有丰富的镍,最高镍含量可达65%,要知道地球上最富的镍矿石,仅含镍2%~3%;还有的含钴、铬、锰、铝和金、铂等贵金属。例如,1986年发现的编号为1986DA的小行星,是一颗直径不到2000米的小天体,但却蕴藏有约1万吨的黄金、10万吨的铂、10亿吨的镍和100亿吨的铁。更令人兴奋的是,这颗小行星离我们的距离虽然比月球远一些,但比起其他行星则要近得多,显然它将是我们未来可能开采的太空矿产中首选的目标。
问题在于我们怎样去开采利用这些富饶的太空矿产。一般可考虑两种方法:一种是直接派机器人到要开采的小天体上去,并在那里进行开采,然后在太空工厂中提炼,并用于太空制造业,或者用航天飞机或天梯运输将矿产运回地球。
另一种方法是,改变原来的小天体的运行轨道,使其飞向地球,给予适当的速度降落在人们指定的地点,让小天体改变轨道并不困难,难的是如何才能控制它的降落速度和地点,使它坠落时不导致大碰撞,产生灾难。
太空建筑业有何特色
到太空中去工作、旅游,甚至移民,需要一系列人工建筑物,于是将出现一项崭新的产业——太空建筑业。
在太空工地里,建筑工将直接暴露在空间环境中进行作业,必须穿上笨重的宇航服,必须学会如何在太空中行走、工作。譬如要拧紧一枚螺钉,在地面上可说是易如反掌,但在太空中却不那么容易。在失重的条件下没有了地心引力的依托,不仅拧不紧螺钉,用力不当自己却会在反作用力的作用下,向相反方向旋转起来。再譬如用地面上的方式去钉钉子,钉钉者会在反作用力的作用下反方向飘离。所以,每一个太空操作者,工作之前都必须将身体固定,并使用号为太空工作设汁的工具,才能从事相应的工作。
为了保障施工者的安全,太空工地应附设生命保障系统休息室。由于太空建筑的难度和复杂性,科学家正在设计具有高度自动化能力1的专用机械,尽量减少人员的直接操作。
在地面上造房子,离不开砖瓦、钢筋和水泥,是它们在承受着建筑物的巨大载荷。在太空中,砖瓦这些传统的建筑材料失去了用武之地。因为建筑材料处于失重状态无需承受任何压力;太空中也没有风、雨、雷、雪之忧,更不必为地震而烦恼,因此,传统建材遮风避雨抗震的那些特性,已无关紧要。但太空材料也有特殊的要求,那里温度变化剧烈,要求建材必须能够承受在阳光曝晒时迅速升高到100℃~200℃的高温,又能经受没有阳光时快速冷到-100℃左右的低温。这种冷热的交替极容易引起材料变形,所以它又必须具有很小膨胀系数。
太空建筑材料还必须具有抵御或吸收宇宙辐射的能力以保障居住者的安全。
太空建筑业刚刚起步,由于缺乏更多的实践机会,尚无法预见它还有哪些问题等待解决。但许多年后,它将成为一门热火朝天的事业。
太空工厂有何优势
1985年,美国航天局曾与休斯敦宇宙工业公司签订了一份合约。按合约计划,在4年后由航天局把工业公司研制的民用太空工厂运送到425千米的高空轨道上。太空工厂外形呈扁平的南瓜形,长13.5米,宽4.35米,总重量为13吨,上面装有两片各长30米的太阳能电池板。在计划实施的第二个4年后,一座同样的工厂再送到同一轨道上,与前者对接。计划总共要发送6个这样的工厂,它们互相连接,形成一个具有相当规模的太空工厂。后来因为经费等方面的问题,这一合约未能实施。
那么,为什么科学家要把工厂设置在太空呢?这是由于太空工厂具有地面工,一无法抗衡的特殊优势。
在太空中,物体不受地心引力的影响,太空中拥有真正纯净的真空环境,太空还有充足的太阳能……利用这些特殊的条件,在太空中可以生产出地面上难以生产的产品。
例如在血液分离时,地面上无法取得纯度很高的红细胞、酶、抗体、激素和一些蛋白质,而在太空的航天飞机实验室里,则可以较方便地获得。有一种治疗血栓病的尿激酶,在地面上生产不仅纯度不高,而且价格昂贵,每剂量需2500美元,而在太空生产,则价格可降至160美元,纯度提高。
不仅对太空医药业具有十分诱人的前途,对合金工业也是如此。由于地心引力的影响,有400多种合金无法在地面上生产,如铅铝合金,由于两者的比重相差甚远,在地面上进行熔化和混合,铅总是先沉入底部,冷却后,人们得到的不是混合均匀的合金块,而倒像是一块分层的“糕点”。但在太空熔化,人们便可获得一块混合均匀的铅铝合金。在没有重力影响的太空中,人们还可以制造出像泡沫塑料一样轻盈的泡沫金属,而在地球上这是不可能的。
在太空,还可以生产出电子工业迫切需要的无缺陷的晶体,生产优质的激光材料和光导纤维,生产具有理论球度的轴承用的滚珠……
正是由于太空工厂的这些优势,使我们对太空工厂寄托着无限的期望,相信来来的太空工厂定会蓬勃发展。
浩瀚宇宙向你招手
人类“飞天”的历程
秋风送爽,世纪交会。人们仰望天空,繁星点点依旧,却是多了点会移动的“星星”,神秘而又无声地匆匆而过,似乎给沉寂的宇宙增添了生机和活力。这是人类20世纪的骄傲,因为那是人类送上天宇的明灯——人造地球卫星。几千年来,我国民间传说的神话“嫦娥奔月”,到了本世纪终于成了现实。300多年前,英国伟大的科学家牛顿从苹果掉地这一常人熟视无睹的现象中发现了“万有引力”,今天人们终于可以把苹果送上天去,不再掉回地面。