为什么我们要千里迢迢去太空做实验

艾飞

宇航员在国际空间站里都忙些什么呢？可以举两个例子。一是在进行植物实验，研究人类在太空中如何解决长期的口粮问题。另一个是在进行材料实验，研究如何利用太空的特殊环境合成一些新型材料，来改变人类的生活。

为什么我们要千里迢迢去太空进行材料科學的实验呢？

在地球上有一些常见的现象，比如浮力、对流、沉降和静水压，它们产生的主要原因是地球的重力作用。这些效应在材料合成的时候容易造成组分的不均匀、分层、缺陷，从而使材料的质量和性能出现问题。

像沉降效应，我们日常使用的东西大多数是由两种以上的元素组成的，在熔化、制造材料的时候，重的、密度大的元素往下沉，轻的浮在上面，容易造成整个材料上下不均匀甚至分层。而在太空微重力的环境下，物体颗粒可以呈现出悬浮的状态，使材料结构像火龙果里的黑色颗粒那样均匀分布。

太空一般是指距离地面100公里以外的外层宇宙空间。它有哪些特点呢？第一是微重力，在太空中，人感受到的重力是地球表面的万分之一、十万分之一，甚至更小。第二是超高真空，没有可以呼吸的空气。第三是超洁净。第四是强辐射，在大气层以外，紫外线以及高能宇宙射线都是非常致命的。第五是超低温，气温可以达到零下200多摄氏度，非常冷。

这些极端特殊的条件在地球上都是很难实现的。几十年来，世界上各个航天大国都纷纷抢占太空的制高点，来寻求太空资源的利用和开发。有了太空这样非常特殊的条件，科学家们可以大展身手，尝试各种新的探索。

以材料科学为例，在太空中合成材料能够获得更高完整性、更高均匀性、更高纯度、更大尺度的材料样品。

我们可以大胆地发挥想象，未来太空中的材料工厂可能会是这样的：在太空中直接进行材料的3D打印、产品生产，针对某些非常有用的材料，在专门的太空实验室里进行制造。也许还会在某一个小行星上直接建材料工厂，就地取材、就地制造。这些都不是天方夜谭。

（摘自2021年7月23日《解放日报》，本刊有删节，小黑孩图）