百科：向太空索取能源和資源

如何解決人類社會(huì)不斷增長(zhǎng)的能源需求？這個(gè)問題已成為國(guó)際社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。近日，根據(jù)美國(guó)五角大樓的一份報(bào)告，美國(guó)空軍有意建造世界上第一個(gè)空間太陽能系統(tǒng)。建立空間太陽能電站的構(gòu)想無論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都是可行的。
　　空間太陽能電站
　　隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力消耗日益增快，能源不足的矛盾相當(dāng)突出。另一方面，過分使用煤和石油還可能導(dǎo)致地球自然環(huán)境被破環(huán);更大規(guī)模發(fā)展核電站又擔(dān)心會(huì)構(gòu)成對(duì)人類生命安全的威脅。于是，很多科學(xué)家不約而同地想到了太陽能。太陽所釋放的能量相當(dāng)于當(dāng)前全球所消耗能量的10萬億倍。太陽把輻射到宇宙空間能量的大約20億分之一穿過1.5億千米的路程投射到地球上。這能量相當(dāng)于173萬億千瓦的功率，或者說，約等于每秒鐘把550噸原煤的能量輸送給地球，這是多么大的財(cái)富呀！但是，太陽能的散射面很寬，特別是經(jīng)過地球大氣層時(shí)，大部分能量被大氣層反射、散射或吸收掉了。在宇宙空間，由于光線不會(huì)被大氣減弱，也不會(huì)被大氣阻攔，可以直接受到太陽光的照射，因此如果在那里建造一個(gè)太陽能電站，應(yīng)該是個(gè)非常好的主意。美國(guó)國(guó)家航天學(xué)會(huì)副主席馬克·霍普金斯說：“我們只需要開發(fā)其中一少部分，就足以應(yīng)付我們當(dāng)前和未來許多年的能源需求。”
　　最早提出太陽能衛(wèi)星計(jì)劃是在1968年，但據(jù)初步估計(jì)，這個(gè)項(xiàng)目需要投入1萬億美元左右，造價(jià)如此之高，很大程度是因?yàn)橛詈絾T將必須留守在太空，建造相應(yīng)設(shè)備。如今，機(jī)器人可完成這項(xiàng)工作，成本比之前降低了100倍。
　　過去10年間，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）一直為本國(guó)的空間太陽能電站系統(tǒng)（SSPS）提供穩(wěn)定支持。目標(biāo)是在2030年前向太空發(fā)射一顆對(duì)地靜止衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星將為地球上50萬戶家庭提供10億瓦特電能。目前，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的研究人員將微波和激光看作是傳輸太陽能的可能選擇。如果是用聚焦光束傳輸大量太陽能，太空中的傳輸天線的直徑需達(dá)到2000米（約合1.2英里）左右，地球上也必須建造一條同等規(guī)模或規(guī)模更大的接收天線。另一選擇就是使用激光。日本科學(xué)家正致力于金屬合金板的研究，金屬合金板能夠吸收太陽光，并可直接將太陽光轉(zhuǎn)換為紅外線激光束。這一選擇的優(yōu)勢(shì)在于，激光所需的傳輸和接收設(shè)備是微波所需設(shè)備的十分之一。另外，激光不存在干擾通信衛(wèi)星的風(fēng)險(xiǎn)，使用微波卻存在這種問題。然而，激光不能像微波那樣可以闖過云層，所以說，如果使用激光，那么約半數(shù)的射束能量會(huì)在中途喪失。
　　總體看來，設(shè)想中的空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)基本上由3部分組成：太陽能發(fā)電裝置、空間微波或激光轉(zhuǎn)換發(fā)射裝置和地面接收轉(zhuǎn)換裝置。整個(gè)過程是一個(gè)太陽能、電能、微波或激光、電能的能量轉(zhuǎn)變過程。
　　太空具有重要的開發(fā)利用價(jià)值
　　空間具有取之不盡的戰(zhàn)略資源
　　目前，科學(xué)研究已經(jīng)知道，月球和其他行星上，存在著大量鐵、硅等資源。科學(xué)家對(duì)從月球上采回的樣品分析結(jié)果表明，月球表面的塵埃里含有大約4萬億噸鐵、55種礦物，其中6種是地球上從未發(fā)現(xiàn)的礦物。另據(jù)發(fā)現(xiàn)，月球表面還存在有儲(chǔ)量為100萬噸的氦-3物質(zhì)，氦-3是核聚變反應(yīng)堆的理想原料。如果用氦-3取代核聚變中的氘，不僅能解決能源危機(jī)，還可以大大減少核污染。據(jù)稱，僅數(shù)十噸氦-3核聚變所產(chǎn)生的能量，就可以滿足全球21世紀(jì)所需要的全部電能。現(xiàn)在氦-3作為一種重要資源，已引起世界各國(guó)特別是一些發(fā)達(dá)國(guó)家的密切關(guān)注。人類進(jìn)入地球軌道和外層空間后會(huì)發(fā)現(xiàn)，資源不僅僅是人們傳統(tǒng)意義上理解的礦藏，特殊的環(huán)境和條件也是人類可以利用的重要資源。高遠(yuǎn)的空間高度位置資源、空間微重力環(huán)境、強(qiáng)宇宙粒子射線輻射和高真空環(huán)境，這些都有地面所不具備的極其寶貴的資源。
　　空間技術(shù)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展
　　開發(fā)利用空間拉動(dòng)本國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是當(dāng)今世界各航天大國(guó)的普遍做法。可以說，游弋于外太空的諸多航天器是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的助推器。
　　如今，在地球軌道上共有3000多顆衛(wèi)星承擔(dān)著大量的國(guó)防和民用任務(wù)，其中50%均屬于商業(yè)性衛(wèi)星。密布空中的通信衛(wèi)星、導(dǎo)航定位衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、地球觀測(cè)衛(wèi)星、地球資源衛(wèi)星、科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活起到了不可替代的作用。美國(guó)空間投資年均超過1000億美元。 在未來的5年，預(yù)計(jì)美國(guó)和世界其他航天大國(guó)的空間投資將達(dá)到5000億美元。在此期間，全球還將發(fā)射多顆衛(wèi)星，其中大多數(shù)為商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)。為把握空間發(fā)展的黃金時(shí)期，全球有多家大公司正在研制、生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)空間系統(tǒng)。美國(guó)空間工業(yè)正以每年20%的速度急劇增長(zhǎng)。空間商業(yè)的總收入已超過軍事空間的費(fèi)用，越來越多的民用任務(wù)正在向空間轉(zhuǎn)移，以便更快、更好、更有效地完成任務(wù)。
　　大規(guī)模開發(fā)空間資源，甚至實(shí)現(xiàn)空間居住等大膽舉措，已成為世界各國(guó)航天活動(dòng)的主旋律。21世紀(jì)，人類將登上月球或其他小行星去采礦，發(fā)射太陽能發(fā)電衛(wèi)星。美國(guó)航天界人士預(yù)言，在不久的將來，將有在地球與近地軌道之間航行的新型航天貨運(yùn)客機(jī)問世，把在太空中生產(chǎn)的新材料運(yùn)回地面。在未來30多年內(nèi)將可能陸續(xù)建成太空港，人類將在月球、火星以及其他一些小行星上居住，建立太空工廠、開礦、發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)。
　　在軍事領(lǐng)域的利用價(jià)值極大
　　太空由于其得“天”獨(dú)厚的地理位置，在奪取信息權(quán)，建立戰(zhàn)場(chǎng)信息系統(tǒng)，保持信息優(yōu)勢(shì)方面具有其他手段所無法企及的優(yōu)勢(shì)。由于其他設(shè)施只能配置在本國(guó)領(lǐng)土上，而滯留在軌道上的航天器則根據(jù)國(guó)際外層空間法享有超越國(guó)界的權(quán)利，因此利用天基系統(tǒng)可以最有效地對(duì)全球備戰(zhàn)情況進(jìn)行不間斷監(jiān)視，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)敵方發(fā)動(dòng)的導(dǎo)彈和空間襲擊，并能確保及時(shí)發(fā)出警報(bào)和對(duì)部隊(duì)實(shí)施指揮，而其他設(shè)施則只能望“天”興嘆。實(shí)踐證明，以應(yīng)用衛(wèi)星為主的航天系統(tǒng)在軍事偵察、通信、打擊、導(dǎo)航定位、預(yù)警、反導(dǎo)、軍事指揮、后勤保障、軍事氣象等諸方面都有著不可替代的作用，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中扮演了重要角色，在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中更將成為舉足輕重的因素。隨著航天系統(tǒng)軍事功能的不斷發(fā)展和完善，航天信息系統(tǒng)在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中的應(yīng)用越來越廣泛。在科研領(lǐng)域的利用具有廣闊前景

　　大家都知道，我們每天呼吸的空氣密度，隨離海平面距離的升高而減少，到達(dá)100千米以上的高度，已逐漸成為真空。在這樣的宇宙空間里，純凈無污染，處于微重力狀態(tài)的物體可懸浮空中;在這樣的宇宙空間里，空氣、水受熱后不會(huì)出現(xiàn)上下對(duì)流的情況，比重不同的液體可在一起“和平共處”。這種奇特的環(huán)境對(duì)人類從事新材料加工，細(xì)胞、蛋白質(zhì)晶體的生長(zhǎng)與培養(yǎng)是十分有利的。
　　物理試驗(yàn)和生物制藥的理想場(chǎng)所
　　在空間可以完成許多在地球表面無法完成的科學(xué)試驗(yàn)。空間環(huán)境特有的微重力、高能輻射是新型藥物的天然“工廠”，使科學(xué)家們能了解在地面環(huán)境下不能獲知的一些生命本質(zhì)特征，從而進(jìn)一步揭示生命奧秘和探知疾病。在生物材料加工方面，科學(xué)家已分離出地面很難分離的哺乳動(dòng)物特化細(xì)胞和蛋白質(zhì)，分離純度比地面高四五倍，這些都給藥物學(xué)研究帶來了新的生機(jī)。一些地面不能制造和提純的藥物，在空間這個(gè)優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)室中就可以完成。美國(guó)和俄羅斯的相關(guān)研究涉及到微重力的各個(gè)領(lǐng)域，中國(guó)、西歐和日本更側(cè)重于材料科學(xué)、生物及生命科學(xué)的研究。美國(guó)已利用航天飛機(jī)在空間生產(chǎn)出產(chǎn)量大、純度高的貴重藥物，展示了利用空間環(huán)境生產(chǎn)生物制劑的光明前景。
　　太空開發(fā)利用開創(chuàng)了許多新興學(xué)科
　　空間技術(shù)是人類進(jìn)入宇宙空間、探索開發(fā)利用空間的一項(xiàng)綜合技術(shù)。空間技術(shù)與信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)以及新能源技術(shù)等高新科技的發(fā)展，導(dǎo)致了20世紀(jì)下半葉發(fā)生的給人類社會(huì)發(fā)展帶來深刻變化的新技術(shù)革命。空間技術(shù)作為高新技術(shù)與一般技術(shù)相比，有其高度的綜合性。它集宇宙學(xué)、氣象學(xué)、物理學(xué)，以及電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等眾多學(xué)科與技術(shù)成就于一體。開發(fā)宇宙空間、發(fā)展空間裝備，極大地帶動(dòng)了這些學(xué)科、技術(shù)以及相關(guān)工業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。
　　空間開發(fā)利用，不僅推動(dòng)空間技術(shù)發(fā)展，還形成了諸如衛(wèi)星氣象學(xué)、衛(wèi)星海洋學(xué)、空間物理學(xué)、空間生物學(xué)、空間材料工藝學(xué)等眾多新興的邊緣學(xué)科，極大地推動(dòng)和拓展了人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)。
　　【責(zé)任編輯】林 京