距地面100千米以上的太空是陸地、海洋和大氣層之外的空間,那里有很多地球上所缺乏的資源,包括太陽能、強輻射、高潔凈、高真空、微重力、大溫差、高遠位置,以及月球、行星、小行星上的稀有礦藏等,開發(fā)這些資源對人類的發(fā)展具有重要意義。
太陽系的八大行星
太陽每秒鐘將81萬億千瓦的熱能送到地球,相當于現(xiàn)今全世界每秒發(fā)電量的數(shù)萬倍,因此,太陽是一個極其巨大的潔凈能源寶庫,充分利用太陽能前途無量。由于不受大氣層的影響,地球軌道上的太陽輻射強度是地面的2倍,達到1.4千瓦/米2,所以在太空開發(fā)太陽能資源效率非常高。目前,航天器上的太陽能發(fā)電僅供航天器本身使用。隨著地球能源的日趨緊張,一些國家已開始把建造太空發(fā)電站作為一種新的戰(zhàn)略選擇。初步設(shè)想是:太空發(fā)電站先把太陽的光能高效率地轉(zhuǎn)變成電能,然后再通過微波或激光把電能發(fā)往地面。
太空中的宇宙輻射強度比地面大得多,并且是全譜段的,這一資源是非常寶貴的。比如,大家熟知的太空育種,就是利用空間宇宙射線、交變磁場、微重力等特殊的太空環(huán)境因素對種子施加影響,使農(nóng)作物種子產(chǎn)生在地面環(huán)境中得不到的變異,最終篩選出有著優(yōu)異變異性能的農(nóng)作物新品種。
在200~500千米高的低軌道空間,真空度為10-4帕,而在35800千米高的地球靜止軌道上,真空度則為10-11帕。太空中的真空環(huán)境是地面人為的真空條件無法比擬的,十分有利于高純度材料加工、蛋白質(zhì)提取、藥品研制等。在太空高真空環(huán)境中,物體被太陽直射的一面可以達到100℃以上的高溫,而陰面則可以保持-100℃以下的低溫,兩者之間形成了很大的溫差,而且非常穩(wěn)定。這一特殊資源恰好是某些特殊應(yīng)用夢寐以求的。
利用航天器的飛行,還可派生出軌道資源和微重力資源等。自從航天器問世后,科學家們首先想到的就是利用太空的軌道資源,因為站得高、看得遠。站在珠穆朗瑪峰上,能看到0.07%的地球表面;在離地面200千米高的軌道上,可以看到1.5%的地球表面;在距地面35?800千米的地球靜止軌道上,則可以觀察到42%的地球表面。利用高遠位置這一有利條件,可進行遙感、通信、導航等。為此,旨在開發(fā)太空軌道資源的各種航天器競相升空。在太空“制高點”上不僅可觀地,也能望天,在那里進行天文觀測不受大氣層的影響,使全波段天文觀測變得輕而易舉。
航天員在軌道上對艙外進行拍攝
微重力(加速度小于10-4g,g=9.8米/秒2)環(huán)境是一種寶貴資源,人類用這種資源已進行了地面上難以實施的科學實驗(如微生物、細胞、蛋白質(zhì)晶體的生長、培養(yǎng)與分離)、新材料加工和藥物制取等。因為在微重力條件下,氣體和液體的熱對流基本消失,不同密度物質(zhì)的分層和沉積消失,即密度不同的液體可以相容在一起。這對生產(chǎn)極純的化學物質(zhì)、生物制劑、特效藥品,以及均勻的金屬基質(zhì)復(fù)合材料、玻璃和陶瓷等都很有用。由于重力微弱,在太空冶煉金屬時可以不使用容器,即采用懸浮冶煉,因而冶煉溫度可以不受容器耐熱能力的限制,也可以避免容器壁的污染和非均勻成核結(jié)晶,改善合金的金相組織,提高金屬的強度。
太空還是一種旅游資源。人在太空可以欣賞美麗的地球和宇宙景色,體驗微重力帶來的奇妙的飄浮感覺。
盡管目前每人每次太空旅游的費用高達幾千萬美元,但截至2009年9月,已有7名太空游客上天,其中Word軟件之父西蒙尼還曾“二進宮”。
離地球最近的月球上有豐富的氧、硅、鐵、鎂、鈣、鋁、鈦、錳等元素,還有地球上稀缺的理想核聚變發(fā)電原料——氦-3,有些科學家認為,開發(fā)月球上的氦-3是化解人類能源危機的可能途徑之一。另外,月球上無大氣,具有黑夜和低溫時間長等有利的環(huán)境條件,是理想的科學研究和天文觀測基地。今后,人類還可以開發(fā)小行星和彗星上的資源。金屬型小行星上有豐富的鐵、鎳等金屬,有的還富含金、鉑等貴金屬和珍貴的稀土元素;彗星上則有豐富的水冰。這些資源既可供地球上使用,也能用于在太空建設(shè)航天港和太空城。
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