第25章 国际空间站(8)

科默拉斯领导的研究小组经过详细推算后发现，如果声音的频率恰到好处，在气压最小的地方将会形成一片平展的无声区域，以垂直态横贯房间。科学家认为，如果在音乐厅出现这种情况是不堪设想的，因为那意味着有一排的听众什么都听不到了。但是在一个没有重力的房间里，结果只有一个：“声音悬浮”使物质形成“一堵墙”。科默拉斯意识到通过这种方式可以形成某种固态物质，从而又诞生了“声波塑形”这一构想。

科默拉斯说进行这样的实验十分简单，只需通过亥姆霍兹方程式计算，即可为某房间选择一个合适的声音频率，然后将物质塑造成想要的形状。科学家计算出，当声音频率在800赫兹或1600赫兹时，无声区域正好与房间等宽。但是，实际验证的过程是艰辛的。

学生们用塑料制作了一个简单的“声波塑形”盒，在盒子的一内侧安装一个家用立体声扩音器，然后向盒中倒入一些直径仅几毫米的聚苯乙烯小球。他们将声音尽可能地放大，但这些小球并没有移动。他们更换了多次扩音器，小球还是无动于衷。科学家认为，这可能是因为盒子不隔音的缘故。直到1997年4月，研究人员第一次在航天飞机上用隔音盒子进行了实验。在航天飞机开始第一段抛物线飞行时，研究人员将声音的频率稳定在800赫兹，当航天飞机进行几秒钟的自由滑行时，盒子里的聚苯乙烯小球立起来，形成一道墙。实验成功了！后来研究人员又先后在太空进行了7次实验。其中一次，他们将聚苯乙烯泡沫、做糕饼的材料及其他一些物质的碎屑混合在一起放入盒中，结果发现，比起单一物质，不同的物质的混合物更容易聚合在一起，这是利用声音将合成物塑造成形的技术的关键。科默拉斯确信，如果使用大小合适的盒子和频率合适的声波，可以把物质制造出各种各样的形状。

据悉，为支持科学家开展这项实验，美国航空航天局在航天飞机上特别预留了一个实验的空间。明年3月，研究人员将在太空中进行另一项实验，以证明三维立体的造型不但可以制造出来，而且还相当持久坚固。届时，在一个高30厘米、直径4厘米的圆柱体中，声波将使粉末状的松脂形成一个直径25厘米的圆盘，然后研究人员再将胶水涂抹于圆盘上，并精确计算好时间，以保证在航天飞机再次进入大气层时，胶水已渗入松脂并凝固。这个实验旨在测试在太空中制造材料是否能经受住大气压力，这也是这项技术能否应用的关键。科默拉斯认为这是在太空建立一个永久“声音工厂”的第一步。

科默拉斯认为，以太空为基地，将“声波塑形”技术应用于飞机设计与制造，将使飞机制造业极具市场竞争力。科默拉斯还说，只要原材料到位，不需用夹具，太空“声音工厂”即能按照要求简单、快速地制造出复杂精密的仪器或零部件，然后运送到地面。

虽然目前佐治亚科研所没有为该项目提供科研经费，各航空公司或其他一些潜在的合作伙伴也不愿出资赞助此项研究，科默拉斯对此仍表现乐观。他认为，将来会有越来越多的人移居太空，他们需要在太空建造实验室、办公室、厂房以及居室。如果通过航天飞机将建材运送到太空，不但要花费好几年时间，而且造价不菲：将某一物体发射到太空固定轨道上目前的成本是每千米10000美元。而一座建立在太空中的“声音工厂”将使这些难题迎刃而解。只要有原材料，比如利用月球上的矿产，一间浴室大小的车间，一个麦克风和一台计算机，你就可以制造出任何你想要的东西。

日本一家酿酒公司宣称，计划酿造第一批“太空啤酒”，这些啤酒将用国际空间站曾经存储的大麦进行酿造。

研究人员称，这项计划将是未来人类扩展在太空领域生活的一部分，很可能当宇航员辛苦地完成一次太空行走之后会舒服地饮用一杯冰啤酒。日本札幌市酿酒厂称，首批太空啤酒可能是由2006年在国际空间站上保存5个月的第三代大麦粒酿造的。该酿酒厂主管JunichiIchikawa告诉媒体记者，“我们希望能够在今年11月完成啤酒酿造，到时宇航局们将有幸品尝到太空第一杯啤酒！”

札幌酿酒厂工作人员表示，该公司将有足够多的太空大麦能够制造出100瓶啤酒，但是并未直接计划将太空啤酒投入到商业销售领域。据了解，该公司与日本冈山大学生物学家ManabuSugimoto副教授实现了技术合作，他曾参与完成了俄罗斯一项太空计划——如何在太空中培育可食用植物。他指出，大麦可以生长在恶劣的环境中，比如较高和较低的温度下，并且富含纤维和营养成分，进行太空农业种植非常理想。在未来，我们可以实现在太空中延长生存时间，并培育农作物维持自身生存。

到目前为止，科学家尚未发现地球和太空上种植的大麦有任何差别，ManabuSugimoto将于7月份将该研究中的太空大麦DNA分析递交至加拿大研究会议上。他说：“最后，我希望我们的太空研究不仅仅能够生产太空食物，还能够更多地喜欢太空食物和学会享受太空生活。”这是目前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·塞瓦斯蒂扬诺夫对外界宣称，未来的国际空间站将成为一个名副其实的太空加工厂。

尼古拉·塞瓦斯蒂扬诺夫表示，今后，他们将考虑让国际空间站成为一个太空港，执行太空任务的宇航员们不仅可以在这里工作和生活，而且他们还能够在与国际空间站连接的小型工厂和实验室内从事其他科研活动。

为了实现这一计划，俄罗斯“动力”火箭航天公司和“进步”中央特种设计局将联合实施一个名为“眼睛”的项目。为此他们还将培养一大批年轻的宇航员。

根据当前的计划，国际空间站将在2011年建成。在此之前，美国计划进行14次飞行任务来完成空间站的建设，欧洲提供的“哥伦布”号实验舱和日本建造的“希望”号实验舱。这些上亿美元的实验舱将大大扩展空间站的实验能力，为人类登陆月球和火星提供关键性研究工作，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走在了世界前列。

在我国每一次飞船发射时都有许多种类的生物经过有关部门严格审批之后有幸挤上飞船回收舱内的有限空间。科学家仅仅是给这些生物一次太空旅游的机会吗？显然不是。当这些生物到达地面的时候，科学家发现，他们发生了奇异的变化。太空中无重力、无空气对流的环境为制造新药提供良好条件。如干扰素，20世纪末在美国是利用遗传工程技术由生物细胞制取，纯度很低，因为要把它从100多种其他生物细胞产生物的混合体中分离出来，操作要非常小心，速度很慢，否则溶液中的混合物容易上升或下沉。太空中由于没有重力，不会出现这种问题。科学家相信，在太空中制造的干扰素纯度是地球上制造的100－400倍。

在我国每一次发射神州号系列飞船时，都会搭载一些盛放着微生物的小小试管。当这些试管在太空中遨游数天之后，里面的微生物就成了科学家们寻找新药物的珍贵来源。这种奇怪的变化是怎么发生的呢？由于太空与地面的环境有很大的差异，生物在这种特殊环境的影响下容易发生一些基因变异。有时候人类希望生物长成我们希望看到的那个样子，例如青椒、西红柿等瓜果蔬菜，希望它个儿越大越好，从科学家的角度来说，就希望它们的基因能够朝这个方向变异，太空环境恰恰满足了科学家的这个要求。

微生物是目前药品的主要来源。但因为有些药物的生产能力非常有限，因而价格昂贵，例如抗癌药物紫杉醇，每公斤成品价格大约500万美元左右。如果发现能够大量生产紫杉醇的变异了的微生物，那就意味着以后制药成本的大幅度降低。这就是在“神舟”号飞船上搭载微生物的原因。高能粒子在对宇航员造成辐射的同时，也使种子或微生物的遗传物质DNA受到损伤，这些损伤导致了植物或微生物外观或产药能力的变化。

有人对航天诱变育种提出质疑，认为仅仅在太空中遨游一圈就能发生基因突变，而且是对人类而言有利的突变，觉得不可思议。这是一种误解。在太空中经过航天诱变的种子或者微生物，有可能发生三种方向的突变：更好的方向、更坏的方向、不变或夭亡。太空制药是在大量变异了的微生物中发现那些非常少的朝更好的方向变异的菌株，然后对其进行培养。

外部空间有许多在地面所不具备的看不见、摸不到甚至也感觉不到的特性。例如：失重、宇宙辐射、真空、低温等。这些是诱变育种的理想条件。

研究表明，太空环境中引起诱变的主要因素是宇宙射线和微重力。其机理是：由于高能粒子引起生物遗传物质DNA的损伤而导致生物产生可遗传的变异。而微重力通过增强植物材料对诱变因素的敏感性，使染色体DNA损伤加剧而增加变异的发生。微重力对植物的激素分布、钙离子分布和细胞结构等也有明显的影响。研究还表明，微重力可能干扰DNA损伤修复系统的正常运转，即阻碍或抑制DNA链断裂的修复。

美国、前苏联主要研究细菌变异对宇航员健康的影响，忽视了这种变异在诱变育种中的应用。因此我国在这方面走在世界前列。

美国、前苏联是很早就发现空间中植物、微生物的变异情况的。但他们重视基础理论和空间医学研究，更多考虑这种变异对宇航员的影响，而忽视了空间诱变育种的应用。例如它们研究大肠杆菌的变异，是防止变异了的大肠杆菌不能同宇航员和平相处而给宇航员带来健康上的危害。

在空间生命科学研究方面，我国较早开始了航天诱变育种的研究。1986年12月，北京西山会议决定应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绩，国际上已经开始重视这方面的工作。俄罗斯、保加利亚、菲律宾等国家和地区都要求与我国开展合作。

在历次“神舟”号飞行中，“神舟1”号上主要搭载了一种生产他汀类降脂药的微生物；“神舟2”号上主要搭载了生产抗癌药物紫杉醇的微生物。

经过“神舟1”号搭载及地面筛选后，中国科研人员得到了生产他汀类药物的真菌的一株变异株，其他汀产量提高1倍多，耐硒能力也显著增强。硒缺乏会导致血液胆固醇浓度升高。他汀能改善内皮细胞功能，增加氧化亚氮的生成，扩张血管，保持血管内皮的光滑性。未变异的菌株他汀产量低，而且硒含量过高就会导致菌株死亡。

可喜的是曾经五次搭载“神舟”系列飞船的太空药“神舟3”号，目前已经在陕西杨凌投入批量生产，部分省市的普通老百姓，已经可以在药店和医保医院购买到高科技的“太空药”了，而在国外则只有少部分富人才能够吃到这种特殊的药品。

“神舟3”号是我国第一个拥有自主知识产权的太空药。“神舟3”号原料药和口服液的生产菌种α-溶血链球菌，是从人体中提取的有益菌种，包括“神6”在内，这些菌种已经五次搭载“神舟”系列飞船和4颗返回式科学技术实验卫星，在太空的特殊环境下，菌种发生基因变异，从而培养出更优质的具有更多功用的菌种，用于进行肿瘤辅助治疗，增强骨髓造血干细胞以及调节机体免疫力。目前，在陕西、四川等省都可以购买到这种太空药。

高真空

真空是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。在“真空”中，声音因为没有介质而无法传递，但电磁波的传递却不受真空的影响。事实上，在真空技术里，真空系针对大气而言，一特定空间内部之部分物质被排出，使其压力小于一个标准大气压，则我们通称此空间为真空或真空状态。真空常用帕斯卡（Pascal）或托尔（Torr）作为压力的单位。目前在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。

真空具有如下性质：

1空非无，如果真空中没有粒子，我们就会准确地测出场（0）与场的变化曲率（0），然而海森堡不确定性原理表明，我们不可能同时精确地测出一对共轭量，所以，可以“空”，不能“无”。因此，在真空中，粒子不停地以虚粒子、虚反粒子对的形式凭空产生，而又互相湮灭，在这个过程中，总的能量保持不变。

2真空存在极性，因此说真空是不对称的。但这种不对称是相对局部的，在相对整体上又是对称的，如此的循环嵌套构成了真空的这个性质。

3真空的每个局部具备了真空的全体性质。大和小是相对而言的。时间也是相对于空间而言的，时间不能脱离了具体的空间而单独地存在。

高真空技术广泛应用于工业生产和科学研究上，如生产半导体材料、元件，制造电子管、X光管、显像管、照明电器以及真空冶炼、真空干燥、真空镀膜、真空隔热、真空热处理等方面。小到真空吸盘，大到高能粒子加速器都要涉及高真空的概念及技术。激光陀螺是迄今为止在惯性技术领域唯一真正获得了卓有成效的实际应用的非机电式中高精度惯性敏感仪表。它具有稳定性好、精度高、动态范围宽、寿命长等诸多优点。而超高真空的获取是激光陀螺制造过程中至关重要的环节。在激光陀螺的密封、抽真空、检漏、等离子清洗等过程中，都涉及超高真空的获取技术。