怎么理解诱人的微重力资源？

虽然浩瀚无边的太空令人生畏，但它又有丰富的自然资源有待开发。利用空间运行的微重力现象可以完成地面上难以完成或根本做不到的事情。目前，微重力科学研究主要分为三个领域，分别为微重力物理学、微重力材料科学和微重力生命科学。

（1）微重力物理学

微重力材料学的基础是微重力物理学，在空间进行材料科学研究和材料的加工制造以及生物学的研究都必须以微重力的基本物理规律为指导。到目前为止，可归纳出如下微重力条件下的基本物理规律：

①自然对流现象基本消失。在这种情况下液体表面温度和物质成分的差别成为引起某种对流现象的主要原因，其扩散过程成为物质传递的主要过程。

②在液体中由于物质密度的差异引起的沉浮和分层现象消失。在地面条件下，液体中重的成分沉入底部，轻的物质浮在上面是司空见惯的现象，而在微重力条件下这种现象就见不到了。

③液体的表面张力显得特别重要和突出。物质的浸润现象和毛细现象加剧。例如液体在无容器的情况下聚成球形浮在舱中，利用毛细材料的毛细现象可制成各种有用的液体储存和运输装置。

④流体没有静压力。在微重力环境中，作用在一个物体上的力与地球环境下完全不同，物体在空间可以随意停留，液体中的气泡可以集聚在一起，固体与液体交界可以完全润湿。

⑤燃烧现象也与地面大不相同。在微重力条件下，火焰的形状发生变化，火焰不是像在地球上的舌形，而是球形，火焰的面积变大。由于空气中的氧只有通过扩散才能向燃烧区补充供给，燃烧的速率比地球上要慢得多。如果通过扩散而不能补充氧气时，火焰就将自行熄灭。

（2）微重力空间环境中的加工

资料表明，空间加工和生产新材料的活动是近些年进行最多的生产活动。人们已经在太空对电子技术使用的半导体材料、用于输送电力的超导材料以及电子计算机应用的磁性材料、记忆材料和遥感测量用的红外敏感材料等进行生产加工，对地面条件下难以混合的合金材料、金属、泡沫多孔材料和复合材料等的研究也已经得到了意想不到的结果。

（3）微重力环境的生物和生命科学

众所周知，地球上的生物都是在重力环境中发育、成长的。所以，重力对生物的生命活动现象有重要的影响。

微重力环境的生物学主要是研究微重力条件以及空间辐射单因素或复合因素对生物正常功能的影响，从而可以开辟一条新的揭示生物机理本质的途径。目前，科学家在载人航天器上对包括动物和植物在内的多种生物进行了实验研究，证明绝大多数情况下，由微重力条件返回到重力条件时，生物又进入正常的发育轨道上来，其中发生遗传变异的只有少量的生物。也就是说虽然生物在微重力环境中的机体变化有可逆性，但生物的遗传特征将不一定再有可逆性。人们对在微重力环境中生存的生物体遗传性研究产生了广泛的兴趣。

此外，微重力不但对生物生长过程有影响，而且还对生物机体形状和功能有影响。地面上的植物一般将80％的能量用于茎的生长；而在微重力条件下温室中生长的植物茎很短小，但叶子更加繁茂，果实更为丰硕。

知识点

空间生命科学

空间生命科学是研究宇宙空间特殊环境因素（如真空、高温、低温、失重和宇宙辐射等）作用下的生命现象及其规律的学科。广义地说，它包括空间生物学、空间生理学、空间医学和空间生物工程学等。它属于空间科学和生命科学的边缘学科，也是空间科学领域内最新形成的一个分支学科。

航天器轨道飞行提供的真空和微重力环境，是一个宝库，为人们提供了地面上难以获得的科学实验和生产工艺条件，进行地面上难以进行的科学实验，生产地面上难以生产的材料、工业产品和药物。

真空和微重力环境是一种宝贵的资源。高真空或超高真空提供一种超洁净条件。微重力则提供一种重力影响很微弱的极端物理条件。如由重力引起的自然对流基本消除，扩散过程成为主要因素；流体中的浮力基本消失，不同液体密度引起的组分分离和沉浮现象消失，液体仅由表面张力约束；润湿和毛细现象加剧；流体静压消失。总之，由重力引起的不利因素几乎消除。利用这些非常理想的环境，可以开展微重力技术物理、微重力生物学和微重力生命科学的研究，进行加工工艺试验和生产制造，以及其它微重力应用的试验研究。

在高真空和微重力环境中进行生命和生物科学实验，不会有有机物污染，发生混入或测定错误，细菌等实验用的微生物不会到处扩散，十分安全。

在零重力或微重力条件下，可进行无容器冶炼，这不会有任何杂质混入，可以获得高品质的合金；可将不同比重的金属或非金属均匀地混合，获得新型合金材料；可以克服地面加工存在的组分过冷起伏和密度大等缺陷，生长出高质量、大直径的单晶体砷化镓等半导体材料；可以生产百分之百圆度的滚珠轴承等圆球工业产品，而在地面上，由于重力的影响，滚珠轴承等总不是真正的球形。

太空制药是真空和微重力环境利用的重要方面。在地面上制药，由于地球重力作用，培养物会发生沉淀，处在沉淀中的微生物会因缺氧而死亡；如输氧搅拌，所形成的低压小气泡又会破坏细胞；如加防泡剂，则会降低氧的溶解度，有碍微生物的繁殖，形成恶性循环。而在微重力环境中，培养物液体中含有大量的气泡，也不会沉淀，微生物可随时获得氧气，生长速度比地面快一倍以上。可高效率、高纯度地制造许多药物，如治疗烧伤的表皮生长素、治疗贫血的红血球生长素、防治病毒感染的免疫血清、治疗肺气肿的胰蛋白酶抑制素、治疗血栓的尿激酶、治疗血友病的抗溶血因子8、治疗糖尿病的β细胞、治疗癌症的干扰素等40多种。主要的制药方法是电泳法，将组分不同的混合物在直流电场作用下精确地分离成不同成份。其设备第一代为静态电泳仪，第二代为连续流动电泳仪。

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