「航天知识:航天科技的未来」太空工业化

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宇宙深邃,太空缥缈,令人神往。古今中外,人世间多少神话故事、科学幻想,期望有一天人类能“上九天揽月”,移居到那美妙的“天上人间”。自1957年苏联发射第一颗人造卫星以来,人类先后向太空成功发射了各种卫星、飞船、探测器,并顺利地登月。据科学家预计,人类移民太空已为期不远。

太阳能卫星电站

太阳是个巨大的能源库,太阳辐射发出巨大的能量。由于地球有层“厚厚的外衣”,射向地球的太阳能大部分都被吸收掉了。因此只有把发电卫星发射到空气稀薄的外层空间轨道上去,才能充分地将太阳能转化为电能。目前,一些国家正在酝酿一项解决地球能源危机的计划:建造太空卫星电站。

太阳能卫星电站由两部分组成:太空部分——太阳能发电卫星,地面部分——接收电站。用火箭将太阳能发电卫星发射到空间轨道上,发电卫星在太空将太阳能转化成电能,通过微波传送到地面接收电站,再向用户供电。太阳能卫星电站是利用卫星技术,在太空把太阳能转化成电能,然后以某种方式传回地球供人类使用的系统。

1968年,美国工程师格拉舍在《自然》杂志上发表文章《来自太阳的能源:它的未来》,首次提出了卫星太阳能电站的设想。他在文章中对卫星太阳能电站的设计提出了以下原则:运行轨道应保证接受面能始终对准太阳,传输装置能把能量向任何希望点发射;光电转换元件应能达到最大的理论效率;传输装置能将电能转换后送回地面,而传输频率满足大气吸收量最小;地球接收器能够以需要的能量密度接收,并且能够传输到用户那里。他选择的是地球同步轨道,并且为保证24小时工作,应当在同步轨道上布置两个卫星太阳能电站。光电转换元件选择比较成熟的硅光电池,其理论上的最大效率为24%,并把太阳能转化成电能供地球使用。

这篇文章引起了很大反响,一些著名公司开始研究建造卫星太阳能电站的可能性。经过大量研究,得出的结果是乐观的。无论是通过大型太阳能电池,还是利用地面上常见的发电机,都是有可能在太空建造的。电能在传回地球之前,先转化成微波,然后向地球发射;地面再将微波能转化成电能。建造大型卫星太阳能电站并不存在很大的技术问题,只是初期建设成本很高,建成以后的运行成本很低。这一设想,无疑对于解决地球能源危机问题提供了一个新的思路。

1992年,日本宇宙科学研究所制造了一颗小型太阳能发电卫星,其外形为三角柱形,设计输出功率为1万千瓦,卫星轨道高度为1000km。发电卫星上安装有送电天线和由非晶硅组成的板状太阳能电池阵,每2小时绕地球一周。当卫星运行接近地面接收天线时,立即发射频率为2450MHz的微波,并把微波集成一股射向地面接收天线。

太空加油站

美国伊利诺伊大学核工程学专家预测,今后在太空飞行的航天器将可以在月球和木星上的聚变燃料加油站灌满油箱。木星和月球上有大量可用于核聚变的元素,如氘和氦。月球上将建造第一个加油站,为航天器飞往火星途中“接力”。如此,在太空中的探索就变得更加简便、更加快捷。

太空工厂

人类在太空建造永久性建筑日益成为可能,太空工厂将列为第一批太空建筑。由于脱离了重力约束,在高度真空的特殊条件下,太空工厂将成为制造某些地球上不能制造的稀有产品的理想场所。由航天飞机把原料送往太空工厂,或者利用太阳系各行星中的资源,制造加工成所需的产品后再运回地球。因为太空不存在冷热对流、浓淡、沉淀等现象,所以太空工厂制造的药品比在地面上制造的纯度至少高5倍,制药的速度快400倍。

太空农场

美、日、欧在21世纪的太空计划中,将“植物在密封太空舱内进行长期实验”列为重点研究项目,并正在设计太空农场。科学家认为,太空农场可能建成球冠状,利用其外面可以转动的反射镜调节室内温度,从而使植物处于像地球上的生长环境一样。

科学家对从月球上取回的土壤进行了分析,认为只要略加改造即可用来作为太空农场种植庄稼的土壤。同时,太空农场还可用来提取氧气和合成水分,以供“太空人”生活之需。太空农场种植庄稼,无需除草和喷洒农药,所以蔬菜和水果没有受到污染,生产出的蔬菜和水果非常洁净。另外,太空农场全部是自动化作业,只需在“控制室”操纵按钮,即可对作物进行全面管理。

俄罗斯的“和平号”空间站上有一个太空温室,面积约为900cm2,播种了数十粒不同品种小麦的“太空种子”。在太空失重条件下,播种的小麦可望在70~90天后成熟。在这个封闭的太空温室内,松土、浇灌等所有农活均是在宇航员的控制下由机器人自动操作完成的。

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