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开发空间资源,探索宇宙奥妙

发布时间:2009-08-27

  “地球是人类的摇篮,但是人类不能永远生活在摇篮里。”为了扩展生存空间,改善人类在地球上的生活质量,推动社会全面进步,开拓天疆成为人类必然的选择。尝试摆脱地球束缚,冲破大气层阻拦而进入“太空”的探索实践于上世纪中叶取得突破。1957年10月4日,以前苏联第一颗人造地球卫星进入太空为标志,人类步入了空间时代。近半个世纪以来,人类在卫星应用、载人航天、登月以及深空探测等领域的每一次创举,无不令人精神振奋,也使得人类的探索精神得到升华。开拓未知天疆世界,开发利用空间资源宝藏,实现人类社会可持续发展,已经成为人类孜孜求索、不懈为之奋斗的宏伟目标,实施中的国际空间站计划就是为实现这一目标应运而生的国际合作典范。

  国际空间站(International Space Station,简称ISS)由美国、俄罗斯、日本、加拿大、欧共体成员国等16个国家共同建设,始于1998年,目前组装工作已接近尾声。国际空间站的造价是 1000亿美金,比我国的长江三峡工程造价耗资更多。它的太阳能电池供电系统,可提供100千瓦的电力,供国际空间站的运行和科学实验使用。

  组装完成后的国际空间站质量有400吨,尺寸比一个足球场还大,其加压舱的体积为1300立方米,可容纳 6至7名宇航员或载荷专家长期生活和工作。一个100平方米的住房,如果高3米,其体积为300立方米。建成的国际空间站加压舱的体积,大体相当于4套100平方米的住房的体积。

  国际空间站的升空,为空间材料科学研究提供了相当好的条件。它允许空间材料加工设备占较大的空间,有较大的质量,使用较多的电能,工作较长的时间。宇航员或载荷专家可参与实验。随着国际空间站组装的进展,陆续会有一些比较先进的空间材料科学研究设备进入空间站并投入运行。

  我国的载人航天工程始于1992年,通过神舟系列飞船的升空,已将三位宇航员送入太空并安全返回。目前已经进入空间实验室研制阶段。随着大推力火箭的研制,我国也会发射自己的空间站。在我国的航天器上,正逐步建立大家自己的空间材料科学实验和材料加工平台,提升大家的空间材料科学实验和材料加工能力。它包括:在空间实验和加工不同类型材料的能力,包括实验和加工高熔点材料和较大尺寸的材料。

  1. 对材料加工过程进行实时观察,检测和诊断的能力。
  2. 科学家在地面对材料加工过程进行实时控制的能力(遥科学)。
  3. 宇航员或载荷专家在空间实验室和空间站上,可参与材料实验和加工过程,更换实验样品,进行设备维护,并将实验样品及相关数据,图像资料带回地面,供科学家进行分析和研究。
  4. 为了获得更好的微重力水平,减少宇航员或任务专家活动,设备运行,航天器调姿和机动对微重力水平的影响,要研制隔离振动的设备,将空间材料实验设施安装在隔离振动的设备上,使之运行时有较强的抗干扰能力。

  这样的空间材料科学实验和材料加工平台,正是空间材料科学家研究工作的舞台,他们将利用这些设备和资源,探索微重力条件下材料加工过程的规律,提升人类对材料加工过程的认识水平;制造出许多地面上无法得到的新材料,特别是那些有重大科学价值和使用价值的关键材料。

  基于人们对空间微重力条件下材料形成过程规律的理解,可以对地面上的材料加工过程和工艺进行改进,提高材料加工技术和效率,提升地面上制成材料的品质和性能,对材料产业和国民经济产生重要影响。材料加工产业(如冶金)需要了解材料在高温下(熔化状态)的物理性质和相关参数。在地面上,无法获得其中一些重要参数和物性。如受熔体里重力引起对流的干扰,大家很难测量其扩散系数。在空间微重力条件下,有可能排除重力引起对流的影响,比较准确地测量其扩散系数和其它一些热物性参数。依托于先进的空间材料科学实验和材料加工平台,科学家有可能系统地测量许多重要材料的热物性参数,推动材料加工产业的发展。

  未来空间材料科学的发展,不仅会提高人类对材料加工过程的认识,也会影响到材料加工产业,进而影响到未来人类的生活。

刘岩

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