太空资源及开发利用

太空资源及开发利用

地球是人类的摇篮，但人类不能永远生活在摇篮里。每当夜晚仰望闪烁的星空时，人们总是幻想着把自己的家园扩大到宇宙空间中去。随航天技术的发展，这个幻想终于在1957年10月4日苏联第一颗人造卫星进入太空而成为现实。1961年4月21日，苏联宇航员加加林首次遨游太空。1969年7月20日，美国宇航员阿姆斯特朗登上月球，完成了人类探索太空的三步曲。空间资源的开发利用促进了人类社会的进步，改变了人们的观念和生活。大规模开发利用太空资源，是21世纪人类拓展生存空间的有效手段。

太空中的资源

空间环境空间环境中蕴藏着极其丰富的空间资源，仅就地球引力和地球卫星作用范围这一最小的外空领域看，高远的位置资源。航天器相对于地球表面的高度是一种十分重要的资源。人站在地面上即使天气再好，视野再开阔，充其量也只能看到几十千米的地方。乘飞机能看到方圆数十千米，甚至数百千米的地方。站在珠穆朗玛峰上，能看到0·07％的地球表面，在离地球200千米轨道上的人造卫星，可以看到14％的地球表面，在距地面35786千米的地球静止轨道上的航天器，则可以观察到42％的地球表面。这种位置是一种宝贵的资源，充分利用这种位置资源具有重要意义。高真空、微重力环境资源高真空、微重力环境资源在距地面100公里以上的高度，没有空气，是真空地带。在这个硕大的真空罐里，没有氧和其他气体，这种空间高真空状态体积硕大，且纯净无污染。在绕地轨道上运行的航天器中的物体，既受到地球引力的作用，又受到惯性离心力的作用，这两种力达到平衡，等效于重力消失，只受到其他微小干扰力的作用，而处于微重力状态。此时，航天器里物体的重量，只有地面的十万分之一或百万分之一，物体可悬浮空中漂乎不定。空气、水受热后，不会处于上下对流的情况，液体也没有固定的水平面。比重不同的液体，可以在一起和平共处。不难想象，这种奇特环境，对新材料加工、微生物、细胞、蛋白质晶体的生长与培养是十分有利的，它将使微生物发生遗传变异，其结果不仅尺寸大小发生变化，而且纯度也高。

强辐射宇宙粒子射线辐射，所谓辐射，就是看不见的高能粒子流，它能穿过人体，杀死细胞。如医学上使用的放射疗法和X光透视等。太空中充满着各种强烈的辐射，如，银河宇宙线、太阳电磁辐射、太阳宇宙线和太阳风等，充满着能量和万有引力场。

太阳能资源太阳能资源作为脾气暴躁的大火球，太阳每时每刻都在进行剧烈的反应，从而产生巨大的能源流。据测算，太阳每秒钟将81万亿千瓦的热能量送给地球，晴天，太阳每秒钟照射地球每平方米为1度电量，每秒带给地球的总热量相对于现今全世界每秒发电量的数万倍。地球每秒钟所获得的太阳能量相对于燃烧500万吨优质煤所发出的能量。因此，太阳是一个取之不尽、用之不竭的洁净能源宝库，充分利用太阳能前途无量。．

太阳所散发的热量中只有二十二亿分之一的能量到达地球，在太空建立太阳能电站，可以克服由于太阳光被地球大气层反射、折射、散射和吸收后损失的能量，还可以克服晚上没有太阳和阴天、雨天减少的可利用的能量。其独特的优势，使太空发电前景非常广阔。据有关专家预测，到2020年世界人口很可能超过70

亿，能源危机是影响人类生存与发展的大问题。据统计，仅对电能的需求年增长率就大于2．5％，尤其是占人口80％的发展中国家，需求更旺。而最有希望的能源是直接将太阳能转变为电能，它可克服火力发电污染严重，消耗燃料，水利发电水源严重不足等难题，在太空中利用太阳能发电，可以在不需燃料，完全无污染，不需要架设输电线路的情况下，直接向空间站或航天飞机上供电，也可向地面供电。月球月球是近地空间除地球外唯一的大型天体。其实，月球并不是不毛之地，不仅月球上存在的大量矿藏，即使整个月球环境，对于人类来说都是及其宝贵的资源。据目前已经进行的科学探测表明，月球上至少存在着丰富的氧、硅、铝、铁等资源；月球上没有大气层对光线和电波的吸收、散射和折射，直接承受太阳的辐射，没有尘埃污染，没有磁场，月球的背面没有人造光源和射电的干扰，地震很微小，有漫长的黑夜，黑夜温度很低，是天文观测、生物科学和高能物理等实验的理想场所。月球上有丰富的能源。通过探测发现，月球表面覆盖着一层岩屑、粉尘、角砾岩和冲击玻璃组成的细小颗粒物质。这层月壤富含由太阳风粒子积累所形成的气体，如氢、氦、氖、氮等。这些气体在加热到700

摄氏度时，就可以全部施放出来。其中，氦－3气体是进行核聚变反应发电的高效燃料，在月壤中的资源总量可以达到100万～500万吨。30吨这样的尘埃,经热核反应产生的能源,可相当于美国一年生产能源的总和，如果每年从月球上开采1500吨氦－3，就能满足世界范围内能源的需要。利用氦－3进行热核反应，产生的放射性最低、具有经济安全两大优点。另据计算，从月球中每提炼出一吨氦－3，还可以获得6300吨氢气、700吨氮气和1600吨含碳气体。所以，通过采取一定的技术来获得这些气体，对于人类找到新的能源和维持永久性月球基地十分重要。

由于月球几乎没有引力，因此，还可以作为飞向火星的中转站，从那里发射航天器，只需要地球上1／6的能源。

太空资源的开发利用

世界空间资源开发及推广应用，在短短几十年内硕果累累，取得了巨大的经济和社会效益，受到世界各国的普遍关注。当今，空间技术的发展，空间资源的利用，已是一个国家综合国力以及科学技术发展水平的重要标志。空间资源的利用，为人类社会的发展提供了强大的推动力。

遥感卫星的发射成功后，人们应用卫星遥感技术监测森林砍伐、森林再造、土地使用变化情况；用于研究水涝和盐化、沙漠化、海岸线动态、干旱和农产品估算等；用于评估和开发水资源、自然资源勘探、污染监测和更新地图等，遥感卫星解决了人类用常规手段无法观测或观测不足的难题，不仅大大提高了效率，而且大大提高了观测精度、范围和准确性。利用通信卫星，人类实现了全球通信、电视转播，以致于今天的人类，离开了通信卫星就无法生活。在现代人类社会，有100多种业务靠通信卫星完成，从传送语言到文字，从图像到收据，从资料到各种控制信号，几乎人们的通

信需要什么，它就能提供什么。今天，世界上80％的洲际通信业务和百分之百的洲际电视传播，以及为数众多的区域通信已由卫星担负。优越的通信能力和极高的投资效益比，使通信卫星的应用成为国际通信业的大走势，并每年以20％到30％的速度递增。通信卫星营造了一个遍地是黄金的市场，从而形成150亿美元的通信卫星产业。气象卫星在进行天气预报、探测和跟踪台风和旋风、研究和监测地表以及海洋生物量等方面发挥了重要作用。还为洪涝灾害预警和赈灾等提供服务。据有关资料统计，在今天，人类依靠气象卫星每年避免天气灾害损失

达数千亿美元。

导航定位卫星不仅为飞机、船舶、公路、铁路交通提供导航服务，还为搜索与救援进行准确定位。利用卫星建立交通系统，使航天、航空、航海、铁路、公路相结合，建立现代化的高速立体交通管制网络。卫星导航定位系统广泛应用于舰船、飞机、车辆，为交通安全与提高运输效率提供有力的保证。农业是人类生存的保证，提高农作物产量的根本出路在于依靠科技进步。在人类进入21世纪的今天，通信广播卫星、资源卫星、气象卫星、导航定位卫星在农业现代化中均获得了广泛应用，作物产量如何，有无病虫害，种植面积多少，旱涝情况等等，通过卫星一目了然。这些信息，对指导作物种植面积，及早发现病虫害，确定产品价格，以及解决农业发展中出现的重大问题，推进高产、优质、高效农业的发展做出新的贡献。

除开发空间位置资源外，在空间环境资源的开发利用上，各航天大国也进行了不懈的探索尝试。最主要的是在和平号空间站里进行的。有资料称，苏联从1980年至1990年在空间站上进行了500项材料加工实验，范围涉及到金属和合金、光学材料、超导体、电子晶体、陶瓷和蛋白质晶体等。如今，空间生长砷化镓晶体，已成为最有希望的商品。在微重力流体科学方面，通过对当代物理学许多前沿理论、实践课题的研究，如临界点现象、表面行为、液滴燃烧、颗粒云等，揭示出许多新的规律，一些新兴产业由此应运而生。在加工工艺方面，已取得的新工艺有皮壳工艺、无熔器加工工艺、电泳工艺等，这些工艺既进一步促进空间材料生产的发展，又为改进地面材料生产指明了方向。如电泳工艺，可提高分离速度400-700倍，目前，这一工艺被认为是空间材料加工中最有经济效益的项目之一。这些无疑将对未来人类社会产生深远的影响。

几十年来，宇航员在太空中进行了一系列生物学实验，主要是对生物体物质、能量循环及调节研究的生物圈研究；利用微重力促进生命进程研究及对微重力环境如何影响地球上生物机体的形成、功能与行为研究的重量生物学研究；对暴露在空间高能环境中的生物体损伤与防护研究的辐射生物学研究。

在空间站里，还进行了生物体培养。在空间微重力条件下进行生物体组织培养，可以避免地面重力条件所造成的对流和沉淀作用，可以获得比地面条件下更好的效果。该项实验不仅有助于加深人们对空间环境适应情况的研究，同时，作为未来在空间站或外星建立动植物养殖场的可行性研究的重要组成部分，对人类未来向空间移民宏伟计划的实现产生了深远的影响。苏联在和平号上进行的生物技术实验表明，微重力条件下既能获得高纯度、物理化学性能高度均匀的生物制剂，又能同时保证提高生物所获得的各种蛋白质单晶的性能是地面实验所无法达到的。技术加工的产量和有效性，

太空中生物制剂提纯功效可增加400～1000倍，提纯度是地面的10倍。已分离出地面很难分离的哺乳动物特化细胞和蛋白质，且速度提高400～700倍，这些成果给药物学研究带来了新的生机。空间特殊的环境，为人类利用空间环境生产生物制剂显示着新的前景。在空间生物学及生命科学研究上，发现了微重力环境对生物生长特性性状以及植物种子遗传基因改变有较大影响，从而，为植物改良品种找出捷径。

从太空材料加工实验中科学家们发现，空间是发展半导体金属材料、新型工艺、复合材料和玻璃材料的理想场所。前苏联曾首次在空间生长出半导体晶体结构、超离子晶体、沸石晶体、胰岛素、干扰素等。同时，又为未来在空间站或外星上建立长期居住基地，提供受控生态环境及生命保障体系，作了理论上和技术上的

准备。