如何在太空工厂进行产品实验？
这项研究来自于一群研究生的奇思妙想——能否创造出一个只有声音的立体三维物体？
这听起来可能不可理喻，但这些来自美国佐治亚研究所的研究生认为，这种想法绝不是期待天上掉馅饼。他们计划在明年发射的美国航天飞机上建造一个“声音工厂”来进行这项实验。
到目前为止，这一计划初步实验的成功令所有参与者惊叹不已。美国国家航空航天局每年都会安排一段时间让学生在KC-135上进行一些有前景的实验。KC-135飞机的飞行时间为2至3小时，期间飞机以40至60个抛物线轨迹飞行。在每一次抛物线飞行中，研究人员都有大约30秒的失重时间，他们的实验就是在这种特殊的环境下进行的。
这群研究生的计划是这样开始的:他们找到了佐治亚科学学院的航天工程教授卡莫·拉尔斯(Comer Lars)作为导师，从一本名为《失重状态下学术研究的机会》的书中找到了一个研究课题——用声音将一小片材料悬浮在一个房间里。这个思路其实就是把一种物质融化，然后在失重状态下冷却，可以让它形成一个球。科学家认为，一旦学生们的实验成功，将对精密仪器制造业产生巨大的推动作用。
科学家说，这种想法其实是一种“声音悬浮”现象，研究是可能的。在一个密封的房间里，声波从前墙传播到后墙，然后反射回来与新的声波重叠。如果房间的长度与声音的波长重合，发出的声波和反射的声波会同时组合成一个“垂直波”，这个“垂直波”是无声的。由于环境气压高，任何物体一旦处于“竖波”的位置，都将很难移动。
经过详细计算，卡莫·拉尔斯领导的研究小组发现，如果声音频率恰到好处，在气压最低的地方会形成一个平坦的无声区，它会垂直穿过房间。科学家认为，如果这件事发生在音乐厅，那将是不可想象的，因为这意味着有一排听众什么都听不到。但在没有重力的房间里，结果只有一个:“声音悬浮”让物质形成“墙”。卡莫·拉尔斯意识到一些固体物质可以通过这种方式形成，“声波整形”的想法由此诞生。
卡莫·拉尔斯说，进行这样的实验非常简单。你只需要通过计算亥姆霍兹方程，就可以为一个房间选择一个合适的声音频率，然后将材料塑造成想要的形状。科学家计算过，当声音频率为800 Hz或1600 Hz时，无声区与房间的宽度完全相同。然而，实际验证过程是艰巨的。
学生们用塑料做了一个简单的“声波整形”盒子，在盒子的一侧安装了一个家用立体声扬声器，然后在盒子里倒入一些直径只有几毫米的聚苯乙烯球。他们把声音放大到最大，但是球没有动。他们换了很多次喇叭，球还是无动于衷。科学家认为，这可能是因为盒子不隔音。直到1997年4月，研究人员才在航天飞机上用隔音箱进行了第一次实验。当航天飞机开始第一次抛物线飞行时，研究人员将声音的频率稳定在800赫兹。当航天飞机自由滑行几秒钟后，盒子里的聚苯乙烯球立了起来，形成了一堵墙。实验成功了！后来，研究人员在太空中进行了7次实验。有一次，他们把聚苯乙烯泡沫、做蛋糕的材料和其他物质的下脚料混合到一个盒子里。结果发现，不同物质的混合物比单一物质更容易聚集在一起，这是通过声音塑造构图的技术的关键。Comer Lars确信，如果使用大小合适的盒子和频率合适的声波，物质可以制成各种形状。
据悉，为了支持科学家进行这项实验，美国国家航空航天局特意在航天飞机上预留了一个实验空间。明年3月，研究人员将在太空进行另一项实验，以证明三维形状不仅可以制作，而且相当耐用和牢固。届时，在一个高30厘米、直径4厘米的圆柱体中，声波会使粉末状的松节油形成一个直径为2.5厘米的圆盘，然后研究人员将胶水涂在圆盘上，并精确计算时间，以确保航天飞机重返大气层时，胶水已经渗入松节油并凝固。这项实验旨在测试太空中制造的材料能否承受大气压力，这也是这项技术应用的关键。卡莫·拉尔斯认为，这是在太空建立永久性“声音工厂”的第一步。
Comer Lars认为，将“声波整形”技术应用于基于太空的飞机设计和制造，将使飞机制造业在市场上极具竞争力。卡莫·拉尔斯还表示，只要原材料到位，不需要任何固定装置，太空“声音工厂”就可以简单快速地制造出所需的复杂精密的仪器或零件，然后运送到地面。
尽管格鲁吉亚研究所目前没有为这个项目提供科研资金，航空公司或其他一些潜在的合作伙伴也不愿意资助这项研究，但Comer Lars仍然对此持乐观态度。他认为，未来会有越来越多的人移居太空，他们需要在太空中建造实验室、办公室、工厂和起居室。如果用航天飞机将建筑材料运送到太空，不仅需要几年时间，而且成本很高:目前将一个物体发射到太空中的固定轨道的成本是每公里65，438美元+0万美元。而建在太空的“声音工厂”将解决这些问题。只要你有原材料，比如使用月球上的矿物，一个浴室大小的车间，一个麦克风和一台电脑，你就可以做出任何你想要的东西。
日本一家酿酒公司宣布，计划酿造第一批“太空啤酒”，这种啤酒将由曾经存放在国际空间站的大麦酿造。
研究人员表示，这一计划将是人类未来在太空领域拓展生活的一部分，宇航员们很可能会在艰难的太空行走后舒舒服服地喝一杯冰啤酒。日本札幌啤酒厂表示，第一批太空啤酒可能是由2006年在国际空间站储存了5个月的第三代大麦麦粒酿造而成。啤酒厂厂长JunichiIchikawa告诉记者，“我们希望在今年6月165438+10月完成啤酒酿造，届时美国国家航空航天局将有幸品尝到太空中的第一瓶啤酒！”
札幌啤酒厂工作人员表示，该公司将有足够的太空大麦来生产65，438+000瓶啤酒，但没有直接将太空啤酒投入商业销售的计划。据了解，该公司已与日本冈山大学生物学家ManabuSugimoto副教授达成技术合作。他参与完成了一项俄罗斯太空计划——如何在太空培育可食用植物。他指出，大麦可以在高低温等恶劣环境中生长，富含纤维和营养物质，因此非常适合太空农业种植。在未来，我们可以延长在太空中的生存时间，并种植作物来生存。
到目前为止，科学家还没有发现地球上生长的大麦和太空中生长的大麦有什么不同。ManabuSugimoto将在7月向加拿大研究会议提交这项研究中太空大麦的DNA分析。他说:“最后，我希望我们的太空研究不仅能生产太空食品，还能更多地喜欢太空食品，学会享受太空生活。”这是最新的关于食物的太空实验。
俄罗斯动力火箭航天公司领导人塞瓦斯蒂扬·诺沃(Sevastijan Novo)向外界宣称，未来的国际空间站将成为名副其实的太空加工厂。
尼古拉·塞瓦斯蒂扬·诺沃(Nikolai Sevastijan Novo)表示，未来他们将考虑把国际空间站打造成一个太空港，在这里执行太空任务的宇航员不仅可以工作和生活，还可以在与国际空间站相连的小型工厂和实验室从事其他科研活动。
为了实现这一计划，俄罗斯“动力”火箭航天公司和“进步”中央特殊设计局将共同实施一个名为“眼睛”的项目。为此，他们还将培养大批年轻宇航员。
按照目前的计划，国际空间站将于2011年建成。在此之前，美国计划执行14任务，完成空间站建设、欧洲提供的实验舱哥伦布和日本建造的实验舱希望。这些数十亿美元的实验模块将大大扩展空间站的实验能力，并为人类登陆月球和火星提供关键的研究工作，如空间医学和辐射防护。
中国在利用太空生产药物方面可以说是走在了世界前列。
中国每次发射飞船，都有很多种类的生物经过有关部门的严格审批，幸运地挤进飞船回收舱内有限的空间。科学家只是给这些生物一个遨游太空的机会吗？显然不是。当这些生物到达地面时，科学家发现它们有一种奇怪的变化。太空中没有重力和空气对流的环境为制造新药提供了良好的条件。比如干扰素，是美国在20世纪末用基因工程技术从生物细胞中制成的，纯度很低，因为要从100多个其他生物细胞的混合物中分离出来，操作要非常小心，速度要非常慢，否则溶液中的混合物很容易上浮或下沉。因为太空中没有重力，所以不会出现这个问题。科学家认为，太空中制造的干扰素纯度是地球上制造的100-400倍。
中国每次发射神舟系列飞船，都会携带一些含有微生物的小试管。当这些试管在太空中漫游几天后，里面的微生物就成了科学家寻找新药的宝贵来源。这种奇怪的变化是怎么发生的？由于太空中的环境和地面上的环境有很大的差异，在这种特殊环境的影响下，生物很容易发生一些基因变异。有时候，人类希望生物长成我们想看到的样子，比如青椒、西红柿等果蔬，希望越大越好。从科学家的角度来说，他们希望自己的基因可以朝这个方向突变，而太空环境正好满足了科学家的这个要求。
微生物是目前药物的主要来源。但有些药物因为产能有限而价格昂贵，比如抗癌药物紫杉醇，每公斤成品价格约500万美元。如果发现能够大量生产紫杉醇的突变微生物，意味着未来制药成本将大大降低。这就是神舟飞船携带微生物的原因。高能粒子不仅会对宇航员造成辐射，还会损伤种子或微生物的遗传物质DNA，导致植物或微生物的外观或产药能力发生变化。
有人质疑太空诱变育种，认为在太空中转一圈就能发生基因突变，不可思议，而且对人类有益。这是一个误解。太空飞行突变的种子或微生物，可能会发生三个方向的突变:更好的方向、更差的方向、不变或过早死亡。太空制药就是在大量变异的微生物中找到那些极少数朝更好的方向变异的菌株，然后进行培养。
外太空有很多看不见、摸不着甚至感觉不到的特征，是地面上没有的。比如:失重、宇宙辐射、真空、低温等。这些都是诱变育种的理想条件。
研究表明，导致空间环境突变的主要因素是宇宙射线和微重力。其机理是高能粒子造成生物遗传物质的DNA损伤，导致生物发生可遗传变异。但微重力会增强植物材料对诱变因素的敏感性，加重染色体DNA的损伤，增加突变的发生。微重力对植物的激素分布、钙离子分布和细胞结构也有明显的影响。研究还表明，微重力可能会干扰DNA损伤修复系统的正常运行，即阻碍或抑制DNA链断裂的修复。
美国和前苏联主要研究细菌变异对航天员健康的影响，忽略了这种变异在诱变育种中的应用。所以中国在这方面是走在世界前列的。
美国和前苏联很早就发现了太空中植物和微生物的变异。但他们重视基础理论和航天医学研究，更重视这种突变对航天员的影响，而忽视了航天诱变育种的应用。例如，他们研究大肠杆菌的变异，以防止变异的大肠杆菌与宇航员和平相处，给宇航员带来健康危害。
在空间生命科学研究方面，我国较早开始了空间诱变育种的研究。1986 65438+2月，北京西山会议决定利用卫星搭载生物材料进行空间生物学研究。由于我国在空间诱变育种方面的成就，国际社会开始关注这项工作。俄罗斯、保加利亚、菲律宾等国家和地区都要求与中国合作。
在神舟历次飞行中，神舟1主要装载了一种产生他汀类药物的微生物。“神舟二号”主要搭载产生抗癌药紫杉醇的微生物。
经过“神舟1”和地面筛选，我国研究人员获得了一株产他汀类药物真菌突变株。其他他汀类药物的产量增加了1倍以上，耐硒性也显著增强。硒缺乏会导致血液胆固醇浓度升高。他汀类药物可以改善内皮细胞的功能，增加一氧化氮的产生，扩张血管，保持血管内皮的通畅。未畸变菌株的他汀类药物产量低，硒含量过高会导致菌株死亡。
幸运的是，曾经五次搭载“神舟”飞船的航天医学“神舟三号”，已经在陕西杨凌投入批量生产。一些省市的普通人已经可以在药店和医保医院买到高科技的“太空药”，而国外只有少数富人才能吃到这种特殊的药。
神舟三号是中国第一个拥有自主知识产权的航天医学。神舟三号原料药和口服液的生产菌株α-溶血链球菌是从人体中提取的有益菌株，包括神六。这些菌株已在神舟系列飞船和四颗返回式科技实验卫星上搭载了五次。在太空的特殊环境下，菌株发生遗传变异，从而培育出功能更多的更优菌株，可用于肿瘤的辅助治疗、强化骨髓造血干细胞、调节机体免疫力。目前这种太空药在陕西、四川等省都能买到。
学习点
高真空
真空是一种没有任何物质的空间状态，是一种物理现象。在“真空”中，由于没有介质，声音无法传播，但电磁波的传播不受真空的影响。其实在真空技术中，真空指的是大气，特定空间内的一些物质被排出，使其压力小于一个标准大气压，所以我们一般称这个空间为真空或真空状态。真空通常用帕斯卡或托作为压力单位。目前在自然环境中，只有外太空可以称为最接近真空的空间。
真空具有以下特性:
1.空无一物。如果真空中没有粒子，我们将精确地测量场(0)和场(0)的变化曲率。但是，海森堡的测不准原理表明，我们不可能同时精确测量一对* * *轭，所以我们可以“空”而不能“无”。因此，在真空中，粒子以虚粒子和虚反粒子对的形式不断地从稀薄的空气中产生，它们相互湮灭。在这个过程中，总能量保持不变。
2.真空是有极性的，所以真空是非对称的。但这种不对称是相对局部的，整体上是对称的，这样的圆形嵌套构成了真空的这种性质。
3.真空的每个部分都具有真空的所有特性。大和小是相对的。时间也是相对于空间而言的，没有特定的空间，时间不可能单独存在。
高真空技术广泛应用于工业生产和科学研究，如半导体材料和元件的生产、电子管、X射线管、显像管、照明电器的制造、真空冶炼、真空干燥、真空镀膜、真空隔热和真空热处理等。从真空吸盘到高能粒子加速器，都涉及到高真空的概念和技术。激光陀螺(RLG)是迄今为止惯性技术领域唯一真正取得丰硕实际应用成果的中高精度非机电惯性敏感仪器。它具有稳定性好、精度高、动态范围宽、寿命长等优点。超高真空的获得是激光陀螺制造过程中至关重要的一个环节。在激光陀螺的密封、抽真空、检漏和等离子体清洗过程中，涉及到获得超高真空的技术。