一大批新产品——从救生药品到电子元件——在地球上空的失重环境里等待着人类智慧去开发。
工业化的新时期正在向我们招手，它用不到高耸云霄的烟囱和缕缕乌黑的烟柱。这种景象将出现在远离我们的处于地球上空的绕轨道运行的工厂里。那里，科学家认为他们可以利用失重条件制造出地球上无法生产的漂亮材料。工人在太空工厂里，用不到熔融的材料而可以进行浇铸，只要利用浮动在面前的材料就可以进行金属加工，刚好只是一挥手之劳，就可以移动最沉重的物件。
美国国家航空与宇宙航行局设想的太空工厂将在地球上空200—22500英里边缘地区绕轨道运行，那里已经有几百颗人造卫星为了替人类提供气象消息、转播电话电视、观测谷物收成而在环绕地球不停流转。从目前的进展程度看，这些卫星将有朝一日肯定可以媲美于美国Kitty Hawk的Wright兄弟*大胆的处女航，它们将被证实是为着未来岁月中太空工业的惊人利益提供了隐约的线索。
绕轨道运行的工厂到头来可能生产新奇的药物和工业材料。科学家已经在太空中生产过纯晶体，这一发展对电子学和太阳能电站的长足进展都将带来希望，用某种新的玻璃进行的试验将是对光纤维科学发展的一种促进，通过这种玻璃纤维，激光光束迅速地传输着各式各样的信息。细胞的分离将为抵抗死神而生产新奇的药物。
像利用古老的铁路通往西方那样，太空航天飞机将为人类开拓新的疆域，它是我们人类可以重复利用的第一架飞向太空的飞机，它的进入太空，宣告了登天成为通途的时代的到来。美国国家航空和宇宙航行局的四架航天飞机的每一架都将跟火箭一样喷火起飞，经过一个星期到一个月的翱翔，进行太空中的特技飞行，然后再像一般的飞机那样翩然着陆于地球之上。当它在加利福尼亚范登堡空军基地朝正南方向出发时，可以携带16吨重的有效载荷量，当它从佛罗里达肯尼迪太空中心朝正东方向出发时，由于地球自转的关系，将有助于把它抛进运行轨道。
航天飞机的宽大货舱可以适应好多不同的飞行任务——从把人造卫星送上天以至携带一个完全科学化的实验室。起重机的吊臂将以太空时代作战指挥的机灵敏捷把人造卫星投入运行轨道，并把其他需要维修的卫星抓起来，把运行不正常的卫星拴在一定的位置上然后把它拖回地球彻底检修。
微引力
从长远利益看来，太空工业化将对工业革命以来人类的发明和社会变革提供巨大的刺激。工业革命为手工劳动过渡到机器操作提供根本性的和连续的刺激。美国麻省理工学院的一位材料科学教授性和太空实验家的权威H. Gatos在国会作证时说，太空生产“体现了最大的为人类谋福利的良机之一。”
由于当前人们心目中以为太空中的任何东西都是当然没有重量的，因而对太空中的生产都认为是动人的。但是绕轨道运行的实验室确实是将在微引力的条件下工作，所受引力只及地的百万分之一。对于在地球上发展更理想的新材料，引力是最大的障碍，然而，直到太空实验室和阿波罗 - 联盟的首航时止，科学家很少有做失重试验的机会。
由于引力在加工制造过程中要影响材料的成分和结构，理论预示的某些材料的强度是达不到的。事实上某些材料可能比它们今天所表现的远为结实，因此，从汽车制造以至建筑工程都可能来一次革命半导体，使计算机和计算器能够进行贮存的微型晶片，只要它们的分子组成是均匀的，就可能，甚至以更加惊人的工艺进行加工，将有整批整批的产品更好地加工出来，使用寿命将更长，唯一要求是它们的材料能够在接近它们的理论极限范围内生产。
引力给材料加工带来三种严重的影响：一是沉积，它是混合物中最重的成分。只要稍有经验的炊事员都会知道，如果羹调得不够稠，那么桃子就会在胶质甜食中沉下去，沉积就是这个道理。二是对流，它是液态、气态温度变化率之间自发颤动而产生的搅动。由于暖空气密度小，它上升后为较重的冷空气补充，雷暴天气时的狂风和沸水壶中的水流都形成于对流的力。
当加工时，材料的几千种结构从熔融状态进入固态。对流与沉积两种影响就交相为用而发生干扰。在地球上，许多合金由于组成金属的不同密度在固化前分离时，可以具备最佳的性能，但是由于对流引起的搅动，阻制大部分材料具有统一的分子结构，某些分子可以集中在同一区域，使材料弱化，出现不均质的性能。
超纯
这些严格的限制将不致意味着将科学的手脚铐在绕轨道运行的实验室里工作。在没有引力的情况下，不同密度的材料一旦混合在一起就不再分离，熔融的铸材，将以分子的均匀分布而硬化，增强了机械、电气、光学及其他性能，亚利桑那大学微生物学与工程学教授Bier说，“已经介绍了一种新的想法，在没有引力的条件下，谁也没有设想过。”
引力对材料的第三个严重影响是污染。在地球上，材料必须在容器内加工，但是某些材料所起的反作用或具有的如此高的熔化温度，致使它们早就同容器的分子相化合而变得不纯，例如钨在3400°C熔点时，几乎要同加工的任何容器发生化学作用。
听起来简直令人难以置信，在太空中就不需要容器——得谢谢失重。在美国锻工谷的G. E. 太空中心的三位科学家已经为在航天飞机上进行无容器加工的序曲准备了装置。一小片十克重的钨，看来好像一块金属小冰雹，已经放在真空室的底座上，这是一只直径二英尺左右的金属圆柱体，表面穿有观察孔，科学家从孔里观察着无容器加工法进行工作。
升空把戏
小小的底座缓慢地升起，把钨球移入电磁场，当“魔术师”玩弄升高把戏时，底座下沉，钨球却依然悬浮在空中，我们隐隐约约看到了钨的无容器加工。
电磁流已经把金属加热到2600°C，尽管这样的高温，还不足以使钨熔化。一个人开动开关把电子束射到球面上，温度上升到3600℃，悬浮在那里的熔融金属变成一串泪珠形状，发射出绚丽的光彩。按动另一只开关，用来熄灭电子束，它的不可见的光在“泪珠”冷却时消失，不让容器引起污染的钨很快冷却，形成圆整的第一批单晶钨。电磁流熄灭，冻结的“泪珠”回到底座。就这样，G. E. 中心的研究小组第一次而且迅速完成了单晶钨的生产。
太空中钨及其他材料的无容器加工应该是轻而易举的事，但当升空时往往容易把样品给熔化掉。
太空材料至少在它开始时，将以舶来品的价格销售，因而使它比黄金还贵——也许每磅要20000 ~ 30000美元，加上太空运输费的十分昂贵，致使公司只能提高售价，以博微利。
天堂里的药物
最有希望的领域之一是医药。生物学家知道，他们能够生产新的药剂，来分离特殊的酶和细胞，作为人体免疫系统的基础。但是这些酶和细胞，经常在人体组织的别种细胞中失掉。从混合物中把它们分离开来，犹如在广阔的草地上摘取所有的四爿叶片的三叶草一样的工作。
要分离出所需要的细胞来，生物学家必须使用电泳方法。把细胞浸入水溶液中使带上电荷，由于每个雨腥的型式都按各自的电荷在一个可预知的模型中移动，于是细胞分离开来了。
虽则引力经常使仔细的加工遭到破坏。有如桃片在甜羹中一样，细胞常沉在底部，不易分离。但如果细胞或蛋白质轻得足以悬浮于溶液中，而当它们分离时，对流又使它们重新混合起来。
太空中由于没有引力，所以生物学材料的分离不会遭到干扰，再把这种材料带回地球去加以培养。分离细胞需要一所生产科学家需要的免疫试剂的十分有效的工厂，在阿波罗 - 联盟宇航中用肾细胞进行的实验，显示了这项工作是如何进行的，大约5%的肾细胞产生了尿激素，那是有利于溶解血栓的一种酶。但是纯净的酶是罕有的也是昂贵的，每打价值1000美元。这是由于肾细胞的分离是如此困难的缘故。宇航的实验用于分离这些主要的细胞约能产生效率高达七倍的尿激素，但由于大多数细胞在冷冻时冰死，在试验时解冻，在地球上培养，使细胞不能足够地生长，这一切，科学家正在研究改进中。
美国公司的一所绕轨道运行的制药厂，有十亿美元的买卖可做。像Mc Donnell Douglas太空公司生产的DC-10大象牌喷射器将在1982年首航的四架航天飞机上进行生物学试验，该公司还试图完成一次作为分离生物材料之用的新的太空电泳技术，如果告成，将用于生产太空新药的生产。第一次试验试图把发现于血浆中的激素、酶和蛋白质分离出来。他们在太空生物制造方面的经理Weiss说，这种新工艺生产的血浆蛋白至少将比地球上同样时间产多700倍，将给地球上的医药工业以极大的冲击。
另一家Battelle实验室正在开发骨胶原的制造。这种工艺将涉及人体组织35%的蛋白质，而且是形成肌腱、神经、皮肤、骨骼和血管的原始结构。从组织中萃取和复制的骨胶原，能够用作治疗创伤和烧伤用的人造皮肤和人造角膜，还有很多其他种类的薄膜将有助于血管病和整复外科的手术。
骨胶原在地球上是难以制备的，当复制时，蛋白质纤维容易固着，给骨胶原的凝胶体带来一种不适于许多蛋白质使用的质量不匀的结构。这家实验室的K. Hughes说，失重将允许研究者以均匀的结构制备骨胶原。他估计，每磅优质的材料哪里都值到10万到100万美元。如果航天飞机的早期试验得能成功，那么80年代末就可以投产了。
绕轨道运行的实验室还可生产出别的重要生物制品，其中之一是抗血友病因子Ⅷ（FⅧ）。在地球上制造若干剂FⅧ，需用能够引起病人免疫反应的血浆。而在美国，数千名血友病患者，每星期至少需用FⅧ两次。只有在太空里，FⅧ可以从血液中分离出来。
叫做erythropoietin的肾激素也将是航天飞机上制备的一种有希望的新产品。它能刺激血红细胞的产生，但在地球上不容易提纯。Me Donnell Douglas认为在太空中萃取erythropoietin—磅左右，可以满足好几十万人的需要。
晶体的炼制
同生物制品一样有希望的是在太空中炼制晶体，晶体在现代电子学上的重要性，犹如肥田沃土之于农夫，晶体是计算机集成电路、太阳能动力光电压电池和激光通信的命根子。优质晶体的原子在整个固体中被排列成单一的晶格，用一种有序的、可控的型式导电，作为光学的目的，它甚至比玻璃的透明度还高。
晶体形成是一门精密的科学，技师们通常从硅、锗和砷化镓中炼制晶体。这些物质不像金属那样善于导电，因此它名为半导体。但是人们在半导体中掺进少量的杂质或掺杂剂，致使增强了它们所需的珍贵的电学性质。炼制掺有添加剂的半导体晶体后，他们把它切成薄片，并在表面嵌置微型电路元件——晶体管、电阻、二极管——计算机利用这些微电路用来记忆、存贮和重现信息。
无瑕晶体
在地球上，对流引起晶体缺陷的产生和掺杂剂的不均匀分配，因此可利用的晶片的产量就低了，有些缺陷甚至可以降低半导体的性能。砷化镓是一种最难以生产的材料，缺陷使它在激光、微波装置及其它产品中表现得不稳定。H. Gatos已经把砷化镓叫做“未来1/4世纪的材料”，它的未来将是空前重要的。当然，目前这种晶体的质量还是差得可怜，但在太空实验室和阿波罗 - 联盟上；用锗、锑化铟晶体所做的试验指出，失重条件将在炼制晶体方面出现突破，这种突破是科学家多年来所梦寐以求的。
优质的砷化镓晶体可能使美国的能源前景发生变化，它将首先使太阳能动力足以与化石燃料相抗衡。用硅制造的太阳能电池目前使太阳光转换成电能的最高标准效率仅为11 ~ 13%。如果把单晶硅炼制得没有缺陷，那就能使转换效率提高到18 ~ 20%，砷化镓具有的潜效率甚至可以大于25 ~ 30%。在如此高的转换率中，太阳能装置的成本将显著降低。
太空加工的另一有利可图的产品是光纤维玻璃，它要求高纯度制造以用于最终替代铜丝的玻璃通信电缆。这种刚开始露头的科学叫做纤维光学，它研究包含着惊人多的声音和电视信号的光束通过一根玻璃纤维涌向它们的目的地。可是由于玻璃的不纯和不均质，造成了一些光的散射，从而使它必须在经常的间歇中沿着电缆设置中继器。看来，许多不纯物质是当玻璃在容器中熔化时带来的，只有太空中的无容器加工法可以解决这—问题。
无论在实验或是理论上，太空工业化还是处于胚胎时期，许多新产品要像雨点一般降落到地球上，可能还需要20年。在太空里，即使是一项基础试验也得花上百万美元，时间表往往会由于一些未之预见的问题而推迟，由于莫测的机缘而使它加快起来！
但是看来可以肯定的是太空将为我们开辟出一批新产品的超级市场，科学家目前还不能精确地肯定微引力将在哪些地方容纳他们，虽则，可能性看来是无穷无尽的。
[Science Digest，1980年9~10月]
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* Orville Wright（1871~1948）和他的哥哥Wilbur（1867~1912）是美国飞机制造工师。他们创造的第一架坚固而可控制的“重于空气的”机器于1903年在北卡洛林那Kitty Hawk首次飞翔260公尺，是人类历史进入航空时期的嚆矢——译注