人类若是想要实现在太空远距离旅行，还需要多长时间？

随着越来越多的类地行星的发现邻近恒星，长途太空旅行是人类所期盼的愿望之一，而这之后，各个太空机构和私人公司已经有了在未来几年内将人类送上火星的先进计划-最终殖民，这种科幻般的场景，似乎也变得触手可及。

然而，人类在太空中生存一段时间并不容易。超远距离太空旅行的主要问题之一是运送足够的氧气以备宇航员呼吸，并且为一些复杂的设备提供足够多的燃料，令人遗憾的是，太空中只有很少的氧气，而且距离太远，很难快速地再补充氧气。

但现在一项新的研究发表在“自然通讯”上，表明仅从水中提取氢(用于燃料)和氧气(为生命)是有可能的。半导体材料以及零重力下的阳光(或恒星光)--使持续的太空旅行成为一种真正的可能性。

随着我们逐渐从石油转向可再生能源，研究人员对利用氢作为燃料的可能性作出了决定性研究，而利用无限的太阳资源为我们的日常生活提供能量是地球上最大的困难之一。

最好的方法是将水(H2O)分解成它的成分：氢和氧。这可以使用名为电解，这包括通过含有一些可溶物质的水样运行电流。电解液。这会把水分解成氧气和氢，在两个电极上分别释放出来。

虽然这种方法在技术上是可行的，但在地球上还没有现成的方法。因为我们需要更多的氢基础设施如充氢站，将其放大。

以这种方式从水中产生的氢和氧也可以用作宇宙飞船上的燃料。

事实上，用水发射火箭要比在船上有更多的火箭燃料和氧气发射要安全得多，因为这可能是爆炸性的。一旦进入太空，特殊技术就可以将水分解成氢和氧，然后再利用氢和氧来维持生命或通过以下途径为电子设备提供电力。

在一项新的研究中，研究人员放弃了光催化的全部实验装置，降低了120米。

落塔创造一个类似微重力的环境。当物体在自由落体中加速向地球移动时，重力的作用就会减弱，因为重力所施加的力会因加速度而被相等的和相反的力抵消。

研究人员设法证明，在这种环境中确实有可能分裂水。然而，当水被分裂产生气体时，气泡就形成了。

从催化剂材料中去除气泡是非常重要的--气泡阻碍了生成气体的过程。在地球上，重力使气泡自动浮到表面(靠近表面的水比气泡密度大，这使它们成为买家)--释放催化剂上的空间，以便产生下一个气泡。

在零重力下，这是根本不可能实现的事情，气泡将留在催化剂上或者在附近随意飘荡。然而，科学家们通过创建金字塔状的区域来调整催化剂中纳米级特征的形状，在这些区域中，气泡很容易从顶端分离出来，漂浮到介质中。

但还有一个问题。在没有重力的情况下，气泡将留在液体中--尽管它们是被迫离开催化剂本身的。重力所允许的气体很容易地从溶液中逸出，这对于使用纯氢和氧气的能量至关重要。如果没有重力的存在，就不会有气泡漂浮到表面并且与混合物分离--相反，这便会造成所有的气体都会产生更多的泡沫。

这大大降低了过程的效率，因为它阻塞了催化剂或电极。围绕这一问题的工程解决方案将是成功实现空间技术的关键--其中一种可能是利用航天器旋转产生的离心力将气体从解决方案中分离出来。

然而，由于这项新的研究，我们离载人航天进行远距离太空旅行更近了一步.

高真空和微重力的宇宙空间可提供某些比地球环境优越得多的工艺技术条件,不同成分的物质可以很好地混合,熔融液体无轻重浮沉之别,不产生对流,可很好地利用表面张力等物质特性?根据这些得天独厚的条件,人们可以制造出非常均匀?高硬度?高强度的合金和复合材料,制取无缺陷的大块晶体,高纯度的光导纤维,没有辉纹的玻璃,细如蚕丝的金属丝,薄如蝉翼的金属膜,又轻又结实的泡沫合金,完全球体的滚珠和空心球,贵重和纯洁的药品等等?总之,失重?真空?无污染的宇宙空间,是人们进行工业开发名副其实的“天府之国”,可给人类带来巨大的经济效益?

20多年来,人们利用各种航天器在宇宙空间飞行的机会,进行了大量广泛的宇宙工业开发实验,开辟了一个新兴的工业领域——宇宙工业?宇宙工业已在冶炼?焊接?材料加工?制药等方面取得了长足的进步?1973年,美国宇航员在“天空试验室”内,成功地进行了电子束焊割试验?1975年,美苏在“阿波罗-联盟号”宇宙飞船的对接飞行中,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?1979年9月至1960年前苏联在“礼炮6”号空间站上,曾进行了铝镁?铜?镓等金属混合实验,首次用液态镓浸渍多孔铜,获得超导体材料?据报道在“礼炮6”号上制造的锗单晶,经切片分析化验,杂质不均匀率由15%下降到2%,位错密度由1矿/厘米5下降到102/厘米2?在1982年4月16日发射人轨的“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?美国也不甘落后,近几年的航天飞机飞行,除明显的军事目的之外,最重要的目标就是进行工业生产试验?1982年3月23日,“哥伦比亚”航天飞机在第3次飞行中,宇航员富勒顿试用电泳法从肾细胞中提取尿激素酶,这是一种能治疗脑溢血?血栓病的贵重药品,全世界每年需要700万克?试验获得成功,为血栓病等患者带来了福音?1983年11月28日,“哥伦比亚”号航天飞机第6次飞行时,在其携带发射的欧洲空间实验室内曾进行73项实验,如利用大功率的熔炉把地球上无法混合的铝锌熔化在一起,制造了一种强度高,比重小的海绵状铝锌合金?1984年11月,“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?据估计,能在太空条件下合成制造的合金和产品达400多种?美国宇航局开了一张太空生产清单,列举了35种目前可适合于太空生产的产品,其中电子仪器?特殊合金?药品等已有成熟工艺?据报道,空间生产的药物,1983年的销售额达120亿美元,相当于同年导d?飞机?空间产品销售总额的18%?

随着宇宙工业的兴起,各种宇宙设备和工具制造亦在同步进行?目前已经设计制造用于空间的生产设备,主要有加热?太阳能?电子束?感应电炉?磁流体动力设备和电泳等装置?这些设备和装置根据航天器的空间尺寸和有效载荷有限的条件具备微型化和重量轻的特点,并在安全性?可靠性?可控性上与其他随航系统取得一致?在“礼炮”6号和7号两个轨道站上使用过两套材料设备——“合金”和“晶体”?

“合金”设备是一个电炉,重约32千克,用于金属冶炼?它有3个加热区,高温区(1000~1100℃)?低温区(600~700℃),以及介于:这两者之间的线性温度梯度形成的梯度区?计算机可把温度控制在所需值的范围内?电炉装在轨道站后部对接过渡舱内,暴露在空间作业,这样可使冶炼的金属充分冷却?“合金”设备由轨道站供电,功率为300瓦?

试洋是用一种小盒包装的,每盒装有三支晶体安瓿,试验时将安瓿插入电炉加热室?加热室内的铜反射器可确保产生的热集中到试样上,同时还有助于炉壁温度保持在40%以下?试样材料经熔化?结晶?然后包装返回地面?宇航员使用“合金”电炉研究了熔融金属的扩散过程,金属合金材料的形成和密度的实际差异,以及超导体合金如钼?镉的形成等?

“晶体”设备是一种改进型电炉,重量为28千克,有比较复杂的电子控制器?宇航员可以从空间站间隔层 *** 纵该电炉,因此不存在弱振动的扰动影响?“晶体”电炉能以4种不同方法加工材料:第一是气相升华第二是化学气体传输第三是高温运动溶解第四是加热与结晶?它的炉温控制比“合金”电炉勤口严格,要求晶体生长规则而均匀?该电炉已被用于包括光学玻璃?半导体晶体和各种异乎寻常的金属合金等产品的生产?

首次在“礼炮7”号轨道站上试用的实验设备是PION,比较新式?PION用来研究热流和质量输运,采用一种叫做KGA-2全息装置把数据记录在胶卷或录像磁带上?PION和美国天空实验室3号上微重力研究所采用的NASA流体实验系统极为类似?

前苏联共进行了1600多次材料加工实验,使用设备主要是上述3种?此外,已有近1000磅(453.6千克)研究产品返回地面,有些已在工业上得到应用?目前头等重要的是获得各道工序的物理知识,也就是有助于提高地面材料生产效益的知识?

前苏联曾声称,到90年代末,他们可以采用空间生产的半导材料体制造密度为每平方厘米100万个半导体元件的集成电路?这一成功可以使他们在空间材料生产中消耗的大量资金得到补偿?在“礼炮”6号和7号轨道站上的实验表明,空间生产的晶体,其原子结构同地面生产的比较,已有显著改善,其位错结构(结构缺陷测定)比地面实验室生产的要小?

空间加工材料的成功,将在电子设备的生产方面取得重大进展?前苏联空间材料加正机构的一位官员克里亚波夫说,未来的太空工厂将生产用厂电视设备?医疗设备以及高速数字计算机的各种重要工业材料?前苏联空间计划专家詹姆斯?奥伯格指出,空间生产的材料还可以用来改进导d制导系统的元件和红外跟踪装置?

在空间的微重力环境中,电泳分离效率要比地面上的高716倍,而产品纯度财比地面上的高4~5倍?尤其在1984年8月30日发射的“发现”号航天飞机上已生产出了可供临床试验的空间药品?

由于空间工业具有这样巨大的潜力,已引起许多国家工业界的重视,在美国已有53家私营公司正在考虑制定它们自己的经营计划?为了把更多的私营公司吸引到空间商业化的浪潮之中,1984年,7月印日,里根政府颁布了有关促进空间商业化活动的新政策,并在美宇航局内成立了一个协调空间商业应用的专门机构?

由于太空工业的诱惑力,美国总统里根在1984年国情咨文中宣布,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?虽然由于各种原因,这个空间站的规模将缩小,建成时间要推迟,但太空生产迟早都会发展起来的,茫茫宇宙空间将出现一批“太空冶炼厂”?“太空焊接厂”?“太空制药厂”?“太空电厂”等等,市场也将有太空商品出售,人类将直接受益于宇宙空间?

据塔斯社5月27日报道， 用于在国际空间站 (ISS) 上合成半导体结构的原型装置，由半导体物理研究所 (IFP) 命名，将在2023年初之前接受全面测试。该原型将与国际空间站模型对接。

据悉，多层半导体结构通过分子束外延的方法“生长”：不同元素的原子分层堆叠在特殊的衬底上，从而获得具有所需质量的半导体多层纳米结构。为了使外来原子不会进入新材料并且不会破坏其特性，该过程必须在高真空条件下进行。然而，在陆地条件下很难达到所需的真空参数，而这些参数在太空中很容易获得。为了利用这一优势，科学家们决定直接在轨道上制造半导体产品。

该项目的首席设计师、俄罗斯科学院西伯利亚分院物理与技术研究所实验室负责人亚历山大·尼基福罗夫说：“今年年底到明年年初将进行最后阶段的测试，称为复杂测试，届时该原型将与国际空间站模型对接。”

（编译：张宏伟）

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