李偉

未來月球基地需要“外星水泥”建造火箭發(fā)射臺(tái)（想象圖）

小型衛(wèi)星Archinaut One

太空光纖

據(jù)美國(guó)《太空新聞》報(bào)道，美國(guó)硅谷初創(chuàng)公司“缺陷光子學(xué)”在國(guó)際空間站中生產(chǎn)了超過5000米的“超純氟化物”（ZBLAN），這是一種特殊的光纖材料，可用于醫(yī)療器械、光纖激光器等領(lǐng)域，被認(rèn)為是太空制造業(yè)的杰出新品。

ZBLAN比二氧化硅（海底通信光纜中的光纖玻璃原料）更透明——透明度的提升意味著信號(hào)衰減的降低。也許在不久的將來，我們所使用的網(wǎng)絡(luò)光纖將不再?gòu)牡厍蛏仙a(chǎn)，而是直接在太空中制造。“缺陷光子學(xué)”的目標(biāo)是利用ZBLAN替換全球所有的海底光纜。

《太空新聞》指出，在太空中制造衛(wèi)星主要是為了節(jié)省發(fā)射成本，而在太空中制造光纖，則是要利用獨(dú)特的微重力環(huán)境。

除了“缺陷光子學(xué)”，一家名為“太空制造”（Made In Space）的公司也致力于該領(lǐng)域?！疤罩圃臁惫就ㄐ挪拷?jīng)理奧斯汀表示，太空中的微重力環(huán)境可以有效剔除材料在重力環(huán)境中含有的雜質(zhì)，從而生產(chǎn)出反應(yīng)性能和數(shù)據(jù)流通性能都更佳的ZBLAN產(chǎn)品。

“太空制造”公司之所以選擇ZBLAN光纖作為重要的商業(yè)項(xiàng)目，是因?yàn)榭吹搅诉@種產(chǎn)品的價(jià)值，以及足夠廣闊的市場(chǎng)前景：只需要1千克該材料，就能生產(chǎn)出數(shù)千米光纖，每米售價(jià)超過100美元。

“太空制造”公司的業(yè)務(wù)范圍很廣，其目標(biāo)是建立一套成熟的太空經(jīng)濟(jì)體系。該公司計(jì)劃在太空中利用微重力環(huán)境制造更多的產(chǎn)品。與地球上的設(shè)備不同，運(yùn)往太空中的設(shè)備，尺寸一般不能超過微波爐，以便能夠放入火箭艙體。

2014年，“太空制造”公司為國(guó)際空間站研發(fā)了第一臺(tái)可以在太空中使用的3D打印設(shè)備，專門用于生產(chǎn)由高精度分子構(gòu)成的高強(qiáng)度小型航空部件?！疤罩圃臁惫具€獲得美國(guó)航空航天局（NASA） 的7370萬美元投資，在2022年發(fā)射了名為 Archinaut One 的小型衛(wèi)星。它攜帶少量原材料，在太空中利用3D打印技術(shù)自行生產(chǎn)了兩塊10米長(zhǎng)的太陽能電池板。

新晉“藥王”

太空制造業(yè)的另一個(gè)發(fā)展重點(diǎn)是蛋白質(zhì)晶體。利用特殊蛋白質(zhì)晶體制造的藥物，性能更強(qiáng)大。蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)是太空實(shí)驗(yàn)中的重要項(xiàng)目。在地面上，受重力影響，純凈的蛋白質(zhì)晶體很難制成，而太空中獨(dú)特的微重力環(huán)境能讓蛋白質(zhì)分子更加舒展，充分地結(jié)合，并更好地過濾雜質(zhì)，最終形成納米級(jí)、高純度、高均勻度的蛋白質(zhì)晶體。

NASA一直致力于國(guó)際空間站的蛋白質(zhì)晶體開發(fā)實(shí)驗(yàn)。制藥公司和學(xué)術(shù)研究人員已實(shí)施了500多項(xiàng)蛋白質(zhì)晶體開發(fā)實(shí)驗(yàn)，是迄今為止在國(guó)際空間站中實(shí)施的最大的單一類別實(shí)驗(yàn)。科學(xué)家對(duì)蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改，發(fā)明了一種治療結(jié)核病的新藥，還開發(fā)出一種新的抗癌藥物輸送機(jī)制。

日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）也是致力于微重力環(huán)境中蛋白質(zhì)晶體研究的機(jī)構(gòu)之一。他們分析了與杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥相關(guān)的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)，還開發(fā)出幾種有藥用前景的化合物。

此外，大型制藥公司也越來越重視微重力環(huán)境中的蛋白質(zhì)晶體為藥物研發(fā)帶來的益處。例如，默沙東公司的PD-1藥物就源于國(guó)際空間站的蛋白質(zhì)純化與結(jié)晶實(shí)驗(yàn)。該公司發(fā)布的最新研究報(bào)告稱，微重力環(huán)境中的蛋白質(zhì)晶體增強(qiáng)了治療腫瘤的藥物Keytruda的效力。該藥物在2023年銷量大增，成為全球新晉“藥王”。

性能優(yōu)異的ZB L AN光纖

“太空制造”公司送入國(guó)際空間站的3D打印機(jī)

“外星水泥”

水泥是建筑物所需的最基本的原材料。據(jù)英國(guó)《天文學(xué)》報(bào)道，研究人員在微重力環(huán)境中制成了一種水泥。他們將水泥的基本成分送到國(guó)際空間站，然后將水和水泥的主要礦物成分硅酸三鈣混合，通過水化過程使其硬化了42天。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在微重力環(huán)境中生成的水泥性能更佳。

與地球上加工的水泥相比，國(guó)際空間站中加工的水泥，微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。地球上的水泥由于重力作用，呈現(xiàn)分層結(jié)構(gòu)；國(guó)際空間站中缺乏重力，因此水泥的密度非常均勻，這意味著它更加堅(jiān)固。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)志著人類向“在月球上就地建造建筑物”邁出了重要一步。下一步，科學(xué)家將使用模擬月球表層土，在國(guó)際空間站中試制“月球水泥”。人類要在火星或月球等其他星球上生活和工作，就需要制造“外星水泥”作為建筑材料——登月者不能隨身攜帶水泥，需要就地利用資源。

科學(xué)家正在探索如何利用月球或火星上類似黏土的表層土，作為生產(chǎn)“外星水泥”的基礎(chǔ)原料。這種超乎尋常的建筑材料必須滿足一個(gè)要求——耐用，以便建造發(fā)射臺(tái)，保護(hù)火箭在發(fā)射或著陸期間不受巖石碎塊和灰塵的影響。現(xiàn)有的大多數(shù)傳統(tǒng)建筑材料，包括水泥，不適合在空間環(huán)境中使用。

科學(xué)家已成功將模擬月球或火星土壤轉(zhuǎn)化為地質(zhì)聚合物水泥，它被認(rèn)為是傳統(tǒng)水泥的良好替代品?？茖W(xué)家創(chuàng)建了一個(gè)框架，以比較不同類型的地質(zhì)聚合物水泥及其特性，并公布了研究進(jìn)展。

地質(zhì)聚合物是由鋁硅酸鹽礦物形成的無機(jī)聚合物。從美國(guó)特拉華州到非洲，都能找到普通的黏土。當(dāng)與高pH值溶劑（如硅酸鈉）混合時(shí)，黏土就會(huì)溶解，釋放出鋁和硅，與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成新的結(jié)構(gòu)。最關(guān)鍵的是，月球和火星上的土壤中含有類似的黏土。

在微重力環(huán)境中，科學(xué)家將這種黏土與硅酸鈉混合，倒入立方體模具中。7天后，測(cè)量每個(gè)立方體的大小和重量，然后將其壓碎，可以了解新材料在載荷下的性能。具體來說，這種實(shí)驗(yàn)可以研究各種模擬土壤之間的化學(xué)差異是否會(huì)影響材料的強(qiáng)度。

試想，未來在月球上發(fā)射火箭，巨大的重量壓在發(fā)射臺(tái)上，材料的抗壓性能成為一個(gè)重要指標(biāo)。在地球上，人們能制造出具有完成這項(xiàng)工作所需的抗壓強(qiáng)度的材料，而在月球表面，必須試制新型水泥。

科學(xué)家計(jì)算了宇航員在月球或火星表面建造發(fā)射臺(tái)需要多少原材料，還將樣品置于太空中的不同環(huán)境中，包括真空、低溫和高溫環(huán)境。在真空條件下，一些水泥樣品的性能得到了驗(yàn)證。

總體而言，與在室溫和重力環(huán)境中固化的地質(zhì)聚合物立方體相比，微重力環(huán)境中生產(chǎn)的“外星水泥”性能有所增強(qiáng)。

編輯：姚志剛? ? winter-yao@163.com