对材料进行加工所面临的一个严重的问题就是材料的污染。在地球上常常需要把材料装在容器里才能进行加工。例如:钨的熔点为3400℃,当把它加热到熔化时,不论什么材料制成的容器都会同钨发生化学作用,从而影响钨的纯度。而在微重力条件下,没有浮力存在,液滴更易悬浮,因而冶炼金属时可以不使用容器,而是采用悬浮冶炼法,其优点是冶金温度不受容器耐温能力的限制。因此,悬浮冶炼不仅能进行高熔点金属冶炼,而且可避免被冶炼物与器壁发生化学作用而被污染以及非均匀结构结晶的出现,除改善合金组织外,还使金属纯度大为提高。
在微重力条件下,内聚力和表面张力仍然存在,不产生地面上常见的自重变形,能制造出椭圆度极小的球体,且可控制产品形状,可以制造特别细的金属丝。因为没有浮力,液体内的气泡跑不出去,在各种粒度的液体中均可保持气泡。利用这一特性,可以在空间冶炼出泡沫金属材料,如同泡沫塑料的“泡沫钢”,这种钢的结构中均匀分布许多气泡,质量很轻,甚至能浮在水面,而坚硬度和普通钢相同。
从某种意义上讲,浩瀚的宇宙空间是人类进行材料加工的天然工厂,更是人们进行科学试验的理想之地。近年来,科学家们在美国和前苏联的空间站上进行了许多空间加工试验,取得了可喜的成绩和宝贵的经验,这也预示着在不久的将来,空间加工业将从实验室走出来,真正实现商业化的大批量生产,为更加舒适的人类生活提供一系列高、精、尖产品。
中国航天事业的迅猛发展
经过短短40多年的建设和发展,我国的航天科技事业已经取得了丰硕的成果,我国的航天技术目前在卫星发射技术、测控技术、回收技术以及低温燃料火箭技术等方面,已居世界前列。
从1958年起,我国开始研制、试验探空火箭,在前苏联、美国发射其第一颗人造卫星上天后七八年,即1965年开始实施我国的航天计划。1970年4月24日,我国成功地发射了第一颗人造地球卫星“东方红一号”。这颗人造卫星重273千克,比前苏联、美国、法国、日本四国发射的第一颗人造卫星之和还重。从那时开始,至今我国已发射了40多颗不同类型的人造卫星,并开始把试验动物送上天。
1971年3月3日,我国发射了第二颗卫星“实践1号”科学试验卫星,在宇宙空间工作了8年,发回了各种科学数据。1975年11月16日,我国首次发射并回收了试验卫星,成为继前苏联及美国之后第三个掌握了卫星返回技术的国家,后来又连续12次回收卫星成功,保持100%回收成功率,这在世界上是少有的。
1984年4月8日,我国使用“长征3号”运载火箭成功地发射了一颗地球同步轨道试验通信卫星,这是我国第一颗同步通信卫星。它定点在东经125度赤道上空35860千米的位置,传送的电视图像和电话音响十分清晰逼真。全国人民通过这颗卫星的实况转播,看到了国庆35周年在天安门前举行的盛大阅兵和群众游行的活动。这颗卫星的发射成功,宣告了中国继美国和欧洲空间局之后,先于前苏联和日本,成了世界上第三个掌握超低温高能推进剂火箭发射同步轨道卫星复杂技术的国家。1990年2月4日,我国在西昌卫星发射中心又一次成功地发射了第五颗实用通信卫星,再次证明了我国的通信卫星技术已进入成熟阶段,具备了进入国际航天发射服务市场的条件。1990年4月7日晚,“长征3号”火箭成功地把美国休斯公司的“亚洲1号”通信卫星送上了太空。发射成功以后,有关各方面都非常满意,美国休斯公司的专家对原“长征3号”火箭的发射入轨精度给予了很高评价。
1988年9月7日,我国从太原卫星发射中心用“长征4号”火箭将一颗试验性气象卫星“风云1号”送入近圆形的太阳同步轨道。当天它就开始向地面发回卫星云图照片。第一幅照片拍的是亚洲、前苏联上空的云图,层次丰富,纹理清楚,图像清晰。1990年9月2日,我国第二颗“风云1号”试验卫星发射成功,进入太阳同步轨道。到20世纪末,将建立我国自己的由极地轨道气象卫星站、地面气象站、高空探测站、天气雷达站以及其他专业观测站共同组成的大气综合探测系统。到那个时候,我国的天气预报就会更准、更及时。
新中国成立60多年以来,在航天事业的发展上,我国本着“开发空间,和平利用,服务经济”的宗旨,集中一定数量的资金,重点发展了运载火箭、应用卫星和卫星应用技术。现已拥有西昌、酒泉、太原三个卫星发射基地和西安卫星测探中心,拥有卫星和运载火箭的研究、设计、试制、生产、试验等配套设计和一大批经验丰富、技术精湛的专门人才,可以发射近地轨道、太阳同步轨道、地球静止轨道卫星。我国已经掌握了运载火箭的高能低温燃料技术、火箭捆绑技术和一箭多星技术。“长征火箭”的安全性、可靠性和技术稳定性受到了国内外客户的一致好评,也受到欧、美同行的公认。我国的“长征系列”运载火箭已阔步迈入国际卫星发射市场。
尽管我国的航天活动在一些领域已取得了可喜的进步,但还远远不能适应知识经济时代对航天活动的要求。从整体上看,我国航天技术产业化的广度和深度仍落后于世界先进国家,发射的应用卫星不仅数量少,而且品种也不完备,难以满足各行各业的需要。在星际探测和载人航天方面,我国还是空白。在茫茫太空中,既没有我们制造的宇宙飞船和航天飞机,也没有属于中国的空间站和天空实验室。所以在发展航天技术方面我们既不应妄自菲薄,也不应沾沾自喜,而要踏踏实实,从我们国家的国情出发,以民用化为目标,尽量发挥航天技术的经济效益。
当今国际宇航事业分为两大类型,一类是探索开拓型的,如美国的“阿波罗”登月飞行、航天飞机和即将进行的空间基地建设,前苏联的宇航空间站等都属于这一类型;另一类是应用型的,主要包括通信、勘测、气象卫星等。我们认为,我国宇航事业的力量在21世纪应全部集中在应用型技术和产业的发展上。
应用型的航天技术经过多年的研究探索,现在已发展成为一门成熟的技术。应用型航天事业是一个社会效益和经济效益都很高,开发潜力也很大的领域。由于应用型航天事业不像探索开拓性宇航事业那样需要雄厚的财力、人力和技术支持,所以不但发达国家,而且许多发展中国家和地区也争相进入这一领域。巴西、印度、墨西哥正在建立自己的应用型宇航工业,新加坡、韩国、我国的台湾省也制订了自己的应用型宇航工业发展计划,应用型航天事业开发正波及全球。
21世纪的中国,当然应该进入探索开拓型宇航事业的国家行列,但就我国目前的国力状况而言,发展应用型航天事业来锻炼科研队伍,扩大基础、积聚财力,然后在雄厚的人力、物力和财力的支持下再上一个新台阶,还是比较可行的一条道路。我们认为:到21世纪中期,我国完全有可能对宇宙进行大规模开发,完全有可能在宇宙建立空间城和宇宙工厂。
近10年来,在航天技术的应用和产业化方面,我国也取得了不少的成绩。如我国的卫星遥感技术,在国民经济建设中发挥了越来越大的经济效益。过去我国勘探矿产石油,大都采用由点到面、由线及面的地质调查方法。这种方法见效慢,出错率高。一个大矿区的调查,往往要耗费很多年的时间。而利用卫星遥感技术,可以进行大面积的普查,对全局有了一个大概的了解后再重点详查,从而避免了盲目性和片面性,减少了人力、物力、财力的浪费。在实际工作中如冶金部勘探部门参照卫星照片在内蒙古寻找铬矿和铁矿,也收到了很好的效果。
我们相信,在即将到来的知识经济时代,我国的航天技术必将取得更加丰硕的成果,必将对我国的社会主义现代化建设起到积极的促进作用。
黑洞之谜
外星来客和白矮星
多冈人的神话
在非洲马里共和国多冈族人里,流传着一种关于天狼星的奇异神话。多冈人只有几十万,但使我们惊奇的是,与其他古老民族的神话相比,多冈人的神话中蕴涵着如此之多的现代物理学知识和天文学知识。多冈人掌握了诸行星系围绕它们的轴自转并围绕太阳公转的知识,而在现代科学的诞生地--欧洲,只是到了哥白尼才开始了解这方面的知识,后来拉普拉斯才说:“诸行星上是可以住人的,诸恒星是散布在太空中的许多太阳,各自成为行星系统的中心。”
多冈人还知道行星按椭圆轨道运行,而在开普勒计算行星轨道是椭圆形之前,没有一个天文学家知道这一点。
更让人震惊的是,多冈人居然认识天狼星是天空中最亮的星,他们还说,有一颗黑暗的、看不见的伴星沿着天狼星的轨道运行,每50年运行一圈。这颗伴星很小、很重,由一种名叫“萨加拉”的特殊金属构成,这种金属在地球上还没有发现过。
现在我们确实知道,天狼星A有一颗非常晦暗的伴星,称做天狼伴星B,它按照与天狼星同一椭圆形的轨道运行,每隔50.04±0.09年转一圈。天狼星B是现代天文学发现的第一颗白矮星。它的物质处于一种叫做“按相对论简并”的状态,这在地球上是不存在的,并且,由于在这类简并物质中原子核管不住电子,因此也可以把它说是金属物质。
那么多冈人是怎样知道这些天文学的知识的呢?有人猜想是外星人带给他们的知识,就像科幻小说中的刀脚小绿人带给地球的礼物。多冈人的神话来自何处在此我们暂不追究,我们更关心的是恒星的衰亡导致白矮星、中子星乃至黑洞的全部秘密。当然,小绿人的故事也引起了我们强烈的遐想。因为我们所观测到的现象,我们所得到的知识是不是小绿人以另一种方式传授的呢?
白矮星
1834年,天文学家弗里德里希·贝塞尔在对天狼星的探测中发现,天狼星属于一个双星系统,它应该有一个伴星,质量像太阳那样大。但是他却没找到。
直到30年后,阿尔文·克拉克才找到这颗神秘的天狼伴星B,它的光度比天狼星A弱1万倍,就像是萤火与日光争辉。对于肉眼和一般望远镜来说,它是“隐形”的。到了后来,又出现一个问题:人们发现天狼星B是白色的,温度很高,既然温度高,为什么光度却很低呢?唯一的解释是,天狼星B的半径极小,跟地球差不多。
这就造成了更大的问题:一个大小像地球、质量如太阳的恒星,其密度必然达到800千克/厘米3,相当于把埃菲尔铁塔压缩到90立方厘米的体积里。
这简直不可思议!但是到了后来,这种性质的星星发现得越来越多。