三章：MadeInSpace！

一节：能源为本

二节：超导显神威

三节：在宇宙中冶金

四节：小型制造术

五节：机器人大舞台

六节：太空农场

七节：制药可能是第一步

八节：宇宙工程弹

九节：在轨发射与太空维修

十节：太空当中搞基建

一节：能源为本回本章

宇航界有个远大理想，叫做“MadeInSpace”，也就是“太空制造”。利用太空中零重力、超低温、超洁净等有利条件，制造出地面上无法制造，或者难以制造的产品，包括泡沫金属、理想晶体、超级轴承、高纯度药品等等。

至于那些地面上能够生产的普通产品，也有必要在太空中生产替代品，包括金属、建筑陶瓷或者玻璃。无论是为了减少运费，还是要减少对地球资源的消耗，都需要在宇宙中建立完整的工业体系。

然而，任何工业的基础都是能源。宇航事业发展到今天，只有五百多人进入太空。如果用他们作分母，去除各国花在这方面的总能量，太空作业的人均能源消耗远高于地面。当然，以后发射频率增加，平均能耗会下降。但是怎么也会远远高于地面上的人均能耗。

宇航专家设想过无数宏伟远景，从制造太空城，到改造火星，甚至向比邻星派出光子飞船。光靠地球能源，它们哪个都不能实现。就像原始社会造不出火车一样，这中间差着好几个能源台阶。

在没有黑夜和云层遮掩的宇宙空间，同样面积的光电材料能接受到三倍以上的太阳能，是的，它就是最方便的太空能源。现在，国际空间站理论上最大发电能力约120千瓦时，论功率和小轿车差不多，只能支持科研和生活。未来的卫星太阳能电站会把这个数字提高成百上千倍。

如今，最先进的光伏技术可以将光电转换效率提高到24%，自动化技术能让卫星太阳能电站完全智能化，不需要航天员操作。材料科学的进步使得太阳能电池板变得很轻，卷成很小的体积发射上天。当然，它的表面积必须很大，才能接受足够的阳光。

不可能往太空中架电线，所以人们设想把这些电力用微波发射装置输往地球。这样一来，地面也需要建造面积很大的接收设备。其实，这和西班牙人往本土运白银的思路差不多。如果他们用美洲的白银开发美洲，现在可能还是第一强国。

在地面上建设微波接收站，还不如建一座第四代核电站更经济，太空中获得的电力应该用于太空工厂和太空农场的能源。微波传输仍然适用，只不过目标改为从太空太阳能电站输往附近的空间工厂。

由于一直想把太空电力输往地球，人们称这项技术为“卫星太阳能电站”。原因是要把它们放在地球轨道上。本书把它叫做“太空太阳能电站”，意思是可以设置在太空各处，以贴近空间生产场所为宗旨。

在影片《电力之战》中，观众会看到爱迪生与威斯汀豪斯围绕直流电和交流电斗法，结局是交流电获胜，成为今天的主流输电形式。有趣的是，在进入太空后最初一段时间，直流电会重新成为主流。

交流电需要有一家电厂为核心，通过电网向四面八方输送电力。未来无论是自己用太阳能发电，还是接受太空太阳能电站的微波输电，未来的太空生产场所都使用小型分布式电源，直流电重新占有优势。现在国际空间站里面就是直流电。

二节：超导显神威回本章

“超导”这个词我从小就听到，中国人甚至拍过一部名叫《超导》的故事片，由王志文主演。然而，它长期作为“前沿科学”埋藏在实验室里。即使出现以超导为基础的磁悬浮轨道，也远不像轮轨那样遍地开花。

超导是指某种材料在某一温度下，电阻为零的状态。当然，电阻不可能完全消失，一般把电阻测量值小于10的负25次方欧姆，视为超导状态。

各种材料进入超导状态的温度不同，但都远远低于温室。目前虽然有常温超导材料研发成功，但是难以形成工业化生产。以规模而论，还只能运用大量低温超导材料。这样一来，就必须先花费大量能源制造超低温环境。这就是为什么超导技术光开花，难结果。

然而，有了太空这个天然冷源，超导技术就能大行其道。超导体能汇集起强大电流，这是它的基本优势。在太空中，磁悬浮不再是超导的主战场，人类转而使用各种强电流装置。比如制造大型磁体，进而在太空城市外形成人工磁场，屏蔽宇宙高能射线。

虽然还没有大规模运用于太空，但各国团队都在跃跃欲试。中国西安电子科技大学杨勇带领的团队就在研发太空超导电缆。它可以运用于高真空和超低温的太空环境，并通过辐射带走废热。

该校的汪巧文则在研究超导材料如何运用于太阳能电站的输电过程。太空发电多使用直流输电，适于使用超导电缆。作者对超导电缆在真空和低温环境下的工作原理进行了分析。宁夏东旭太阳能科技有限公司则着手研发太空高效超导太阳能电池，大大提高光电转换效率

人类不仅计划将超导技术大规模运用于太空工业，还希望它在航天发射方面起重大作用。化学火箭能源转化率低下，导致发射费用高昂。以超导技术为主建设电磁炮发射装置，可以大大降低发射成本。

美国宇航局高级概念研究所提出过一种设想，在山体里建设长三公里，仰角60度的轨道。放置磁悬浮导向槽，上面有运载滑车，超导磁体位于滑车底部。需要发射的物品放到这个车里。

发射时，超导磁体与导向槽上的导电板发生作用，但是两者间没有接触，不产生摩擦，能达到30倍的重力加速度。等滑车到达轨道顶点时，有效载荷被释放，高速飞向太空。运载滑车则返回起点，开始另一次发射。为减小摩擦，整个加速器封闭在由氦气填充的管道里。

超导电磁发射并非一步到位，它发射的是小型运载火箭，有机翼，类似航天飞机。被弹射到天空后仍然要点火，才能达到逃逸速度，进入太空。以后可以像航天飞机那样返回。

在这里，超导电磁系统实际上取代了传统火箭的第一级。通常这部分的质量就超过整个火箭质量的一半，但只能把火箭加速到超音速。超导电磁轨道用电力代替化学能，大大节省了能源。像水、食物、推进剂、金属材料等补给物，都可以用超导电磁轨道发射。

三节：在宇宙中冶金回本章

2020年11月1日，第五届中国科幻大会在首钢工业遗址的三号高炉里面开幕。它的炉头平台有76米高，炉体容积达到2500立方米。我和几百号人坐进改建后的高炉，一边听嘉宾讲话，一边不时仰望头顶上宏伟的工业奇观。

除了高炉本身，旁边还保留着一条数百米长的传送带。高炉作业时，它负责把焦炭送入炉体。把周围辅助设备都算起来，占了几个足球场大小的面积。如果要在宇宙中冶金，是否要把它们都发射上去？

当然不用，与地面冶金相比，太空冶金可以算是绣花一样的工作。

地面上有空气对流，燃料在冶炼时发出的热量，很大一部分在对流中浪费掉。炉前工因为大量出汗，甚至要喝盐汽水进行补充。而在零重力环境中冶炼，原料只会通过辐射向外部发热，节省了大量能源。

其实，地面上的冶金行业也普遍用上了电炉。它升温快，开机后十几分钟就能达到工作温度。它的保温性能也很好，由于散热而浪费的能量远小于高炉，热效率极高。而且，电炉容量大可到几十吨，小的才几公斤，可谓机动灵活。

地面冶金仍在使用庞大的设备，一个重要原因就是需求太大，每年全球各种金属消费加起来至少要十几亿吨。太空冶金的供应对象就是太空工业本身，除了极少数地面无法冶炼的特种合金，基本不需要把产品运回地面。所以，最初的年需求可能只有几吨到几十吨。后期会逐步增加，太空冶炼的产能也会随之提升。

即使在地面上，电炉从各方面看都是更好的冶金设备，但是耗电很大。将一吨原料加热至1100摄氏度，需用360度电。然而如前所述，太空中的电力便宜得像是不要钱，由于不用致冷就能大量使用超导线路，更可以集中强大电力于工业设备。

冶炼合金时，比重差异较大的金属在地面上很难混合，比如铝和铅。熔点差异较大的金属也很难混合，比如铝和钨。由于这些原因，至少有四百多种合金在地面环境里不能制造。进了太空，这些都不再是问题，人们已经在太空中试制出了铝钨合金与铝铅合金。

太空冶金还有个便利条件，就是超真空。在地面上冶金，必须防制原料被氧化。有时需要向炉内填入氩气，有时需要抽真空，总之都是费料费时。太空直接提供了真空环境。

当然，有利必然有弊。零重力冶炼由于没有对流，废热迟迟无法散去。所以，散热是太空冶金的头号难题。这个难题先留下来，有待后面解决。

科学家早就瞄上了太空冶炼。早在阿波罗飞船登月时，就携带着小型电炉，顺便进行太空冶炼实验。从七十年代开始，无论是苏联的空间站，日本的卫星，还是美国的航天飞机，都曾经携带小型电炉上天做冶炼实验。

我国的“天宫二号”专门搭载有“综合材料实验平台”，也在进行太空冶炼实验。它的主体是一口材料实验炉，最高温度能达到950℃。在无人值守的情况下，它能对18种材料进行熔炼实验。

太空冶金的原料不用从地面发射，成品也不必送回地面。它将是一门自给自足的新工业。

四节：小型制造技术回本章

有了金属原料后怎么办？在太空中车铣刨磨？当然不行。

传统工艺里面，人们从矿石中冶炼出材料，从材料中切削出元件，物质总量一点点减少。人类每年消耗各种自然物质达四千多亿吨，只能制造出约四十亿吨成品，99%的原料变成废料。这么奢侈的工艺，在太空中完全行不通。

相反，三D打印将材料一点点增添到成品中。一台小机器可以办大事。还有一种工艺，是用激光或者离子束深入材料中间，直接把它们切割为成品。所有这些都可称之为小型制造技术。由于需要计算机来指挥，这些技术直到90年代才发展起来。

展望太空工业，前期由于发射能力有限，在很长时间里，太空工厂内部空间都会十分狭窄，必须用小巧的机器加工材料，还要尽可能不产生废料，候选者就是这些绣花式的小型制造技术。另外，它们从一开始就由计算机指挥，减少人工，这在太空工业中也是个巨大优势。

太空中的三D打印与地面有很多不同。要在零重力环境中搞三D打印，粉末材料易飞散，液态材料会聚成球体。即使喷射到位，材料也不会像地面上那样自然沉积成型。所以，还要用离心机制造出离心力代替重力。相比之下，三D打印在小行星、月球和火星这些低重力环境下更有用武之地。

除了零重力，太空还是真空环境，而在地面上，三D打印都在空气中进行。最近，美国太空制造公司已经研发出升级版打印机，在地面真空舱里进行了实验。太空打印材料有限，绳系无限公司还发明出利用空间站废料进行打印的新设备。

月壤是一种理想的打印材料。在地球上，人们已经能用三D打印技术制造出小形房屋。最早的月球基地很可能出自三D打印机，而不是从地球上制造房屋部件，带到月球上组装。

目前，三D打印已经大量用于各种航天器零部件的制造，并且大多使用钛合金、铝合金等材料。像火箭发动机的燃烧室、推力室、喷嘴和涡轮之类部件，已经开始有人试验用三D打印来制造。当然，它们都还是在地面上制造。但是，航天器上三D打印的部件越多，将来在太空中用打印部件进行替换维修的可能性也就越大。

2014年，美国就向国际空间站送去了太空3D打印机，实验性地打印专用零部件。2019年，俄国宇航员甚至用生物材料打印出老鼠甲状腺。2020年五月，中国的“复合材料空间3D打印机”也搭载上载人飞船试验船，完成了世界首次太空中的碳纤维连续打印实验。

3D打印发明多年，一直华而不实，难以推广，原因在于成本太高，无法与传统工艺竞争。然而在太空中制造成品，成本再高，也低于从地面输送成品。价格优势使得航天大国普遍重视发展这些小型制造术。

在地面上搞3D打印，最常用的是各种纤维材料。太空中没有这种材料，需要地面提供。当人类从太空中大量开发金属材料后，使用金属粉末的三D打印将会大行其道。

五节：机器人大舞台回本章

看完科幻片《火星救援》，有好事者计算了一下，为了将马克从火星救回地球，美中两国宇航局究竟花了多少钱？答案是几百亿美元！

再联想到类似题材的科幻片《地心引力》，我们会得出一个答案，把活人送到太空中进行各种作业非常不经济。相反，太空是机器人技术的大舞台。

把“Robot”翻译成“机器人”，其实是个严重的误译，会导致中国人以为只有外形象人的“Robot”才是机器人。其实，商场里出现的那些机器服务员只是这类技术中很小的一种应用，而且缺乏技术含量。

“Robot”的正确含义应该是“行为模拟器”，就是模拟各种动物行为的机器。比如软体机器人模拟蛇类运动，可以钻出狭小空间里工作。带翅膀的微型机器人可以模拟昆虫飞行。

人也是动物，当然在“Robot”的模拟范围内，不过通常是只模拟人类的某个行为。最常见的机械臂，就是只模拟人类前肢的运动。

机器人的智能水平也有高低。有些机器人要靠人类远程操作，比如无人机或者深潜器。工厂里工位上的机器人不用远程操作，但是工作环境单一，不用应付突发事件。最高级的机器人要在复杂环境里进行自主判断变化，并采取行动。

如今，航天领域大量运用机器人，来自机器人行业的研发团队做了很多贡献。比如能在轨道上收集太空垃圾的“遨龙一号”，就由哈尔滨工业大学研发，那是国内机器人行业的老品牌。“玉兔号”上的机械臂操作精度达到毫米级，就是一台可以在地面遥控的机器人。

由于距离遥远，光速带来延时，深空飞船只能按程序自主行动。各种金星、火星的探测器就是如此。“旅行者一号”远在200亿公里之外，基本上靠自动控制。不过，它们的太空环境相对稳定，不会遇上突发情况。像捕捉小行星，对付金星大气、克服木星风暴这些任务，都会遇到以秒来计算的突发事件。迫切需要非遥控的高智能机器人。

美国的“黎明号”飞船探测灶神星时，控制飞行的动量轮损坏了一个。计算机判断情况后，关闭了所有动量轮，保证飞船顺利离开灶神星。这是在无人遥控的前提下，计算机首次主动调整飞船操作步骤。故障信号传回地面后，专家们也认为这个措施非常合理。

地面上使用工业机器人，很多人担心会抢走工人的饭碗。但在危险的外太空，机器人绝对是人类的好帮手。太空环境不宜生存，更不用说操作。机器人会降低类似“火星救援”那种事故的发生概率。

太空开发中的机器人大体执行三种任务。一是先导型任务，为人类打前站。比如用自动3D打印机建成居室，供人类宇航员居住。二是配合型任务，由宇航员操作机器人来完成，比如捕捉小行星。三是替代型任务，在人类不宜进入的环境中完成。比如在木星上开发气体资源，那里的重力高于地球，人类无法活动，采气站就是智能机器人。

六节：太空农场回本章

人类发射到太空的第一种生物既不是人，也不是著名的小狗莱卡，而是菌株。1946年7月9日，美国用V-2火箭把菌株带到134公里，飞越了100公里的卡门线，算是进入了太空。

从那以后，人类一直利用太空中的强辐射培育良种，用返回式飞船回收，再在地面上培养。中国现在是全球搞太空育种最多的国家，几百个品种已经上市。

不过，人们还希望直接在太空中搞农业。这个梦想开始于1977年，苏联在“礼炮6号”空间站上培养了郁金香。后来，洋葱、兰花等植物也纷纷在太空中生长。2015年，国际空间站的宇航员吃上了自己培养的生菜，这很少的一口菜，是人类的一大进步，未来太空农业的里程碑。

中国将蚕带到“天宫二号”上饲养，并让它们吐丝结茧，甚至化蛹为蛾，产下第二代。2019年，搭载于“嫦娥四号”上的棉花种子开始发芽，成为人类在其他天体上培养出的第一株植物。

当然，动植物培养还不能与大规模的农场相比。后者目前只能在地面上进行。其中最著名的要属“生物圈二号”。1987年，美国洛克菲勒公司发起了这个项目，打造出封闭的人工生态循环系统。

“生物圈二号”位于亚利桑那州的一处沙漠，这个系统有12000平方米，里面设置七个生态区，生活着4000多种植物和一些动物。8名实验人员连续居住了21个月，后来，实验人员又在里面居住10个月。在此期间，完全食用封闭空间里出产的食物。

“生物圈二号”试图模拟未来太空中的封闭人造环境。不过据介绍，密封并没有达到空间站水平，仍然与周围环境有物质交换。实验中也会向里面输入必需品。所以，它有强烈的象征意义，但实验条件并不是很严格。

相对而言，2012年中国的“受控生态生命保障系统集成实验”要严格得多。54平方米的环境完全按照空间站标准密封，里面有36平方米用于培养植物。两名实验人员在里面居住30天，吃的主要是包装食品，以培养出来的蔬菜为辅助食品。

大规模建设太空工厂，从地球上运食物会变得很不经济。长期吃不到新鲜食品又影响人员健康。因此，大型太空居民点要配备农场。植物还能吸收太空居民呼出的CO2，形成良性物质循环。甚至可以在农场里饲养小动物，解决蛋白质摄入。

不过，由于植物不足，太空动物主要以高蛋白昆虫为主。最近人造肉技术得到发展，人们从动物身体上取出肌肉细胞，在人工环境下培养成人造肌肉。还有一种“单细胞蛋白质”，由微生物生产，可以视为人造蘑菇，蛋白质含量高达80%。初期太空农业可能主要提供这些稀奇古怪的“肉制品”。

其实，太空种植与地面相比有很多优势。位于近地空间，植物可以全天候吸收阳光。太空农场使用无土栽培，农作物生长在垫板上，只要留出足够间距，不妨碍它们吸引阳光。地面上有鸟、虫和微生物危害农作物，有杂草争夺营养，太空农业则不会存在这些问题。

当然，在近地空间或者月球上建农场，也有明显的劣势，就是欠缺CO2和水。这个问题留待下面来解决。

七节：制药可能是第一步回本章

人类距离在太空中自给自足的目标还很遥远，太空回收能力又非常小。所以，某种需要的原料少，设备重量小，价值又非常高的产品，可能成为太空工业的第一步，那就是制药！

在无重力环境里，培养液中的细胞不会沉降到容器底部，能够悬浮起来，吸收更多的营养。因此，太空是培养生物制剂的优良环境，比如大家都在关心的疫苗。

太空中可以使用电泳技术。通电后，质量和电荷比值不同的粒子会分离。这是一种高效率的分离提纯技术。但是在地面上，粒子还受重力和对流的影响，分离后很快又发生混合。所以，电泳技术提出很久，迟迟不能运用。

但是在零重力环境中，这两个问题就不复存在。人们可以分离细胞与蛋白质，比如从肾细胞中分离出尿激素。这种物质可以溶解血栓，治疗凝血症。心脏病、脑卒中和静脉血栓栓塞症，共同的发病机制都是血栓。可见这种药物的价值。

在太空制备尿激素，效率是地面的10倍。而在太空中从血浆里分离蛋白，效率是地面的700倍！

地面上受重力影响，很难生成又大又纯的蛋白质晶体。而在治疗癌症、糖尿病、肺气肿、免疫失调等疾病时，生产对症药物需要生成这样的晶体。最有价值的目标是通用流感药物，可以对付各种流感。日本横滨大学的科学家已经在国际空间站搭载设备，研制这种药物。日本还以北海道大学为首，成立“宇宙创药协议会”，专攻太空制药。

生物制药很有可能是第一种能在太空中进行规模生产的工业制品。当然，最初必然是地面上难以生产的稀缺药物，据统计，有48种激素只能在零重力环境下生产。全球需要这些药物的病人累计有四千万人。

接下来，那些能在地面生产，但是效率不高的药物制作工艺，也会搬上太空。以上述电泳技术为例，太空制药效率是地面的数百倍。这种效率上的差异会弥补高昂的回收成本，让太空制药有利可图。

没有回收技术，就无法进行太空制药。所以，我国也很早加入这个行列。目前主要是通过太空育种，对一些药用生物进行诱变，提高其有用成分。“神舟三号”甘露聚糖肽口服液是全球首款太空诱变后的药物产品。当然，它的生产还要在地面上进行。

太空制药的关键是回收产品。航天飞机如果还在，一次能运回几十吨载荷。如果是运上述高附加值药物，有望平衡发射成本。航天飞机退役后，只有一次性的载人飞船往返于天地之间。它们的主要功能是往太空站送补给，每次除宇航员之外，带回来的物品不足一吨，完全满足不了货运要求。

所以，如果要开始真正的太空制药，必须恢复航天飞机，或者研制出空天飞机。在这里，我们又看到了宇宙开发的全局性，一种技术会为另一种技术提供基础。

八节：宇宙工程弹回本章

炸药发明出来后，是用于杀人的场合多，还是用于建设的场合多？

由于战争场面令人触目惊人，人们总倾向于前一个答案。其实，炸药用于和平建设远多于战争。大家观看各种深圳建设的记录片，都能看到一次大爆破的镜头。那是建设深圳机场时，为削平海边小山进行的爆破。使用炸药一万四千吨，是人类工程史上规模最大的爆破。

一万四千吨有多少呢？二战中日军在所有战场一年使用的炸药，也不过六万多吨。2019年，中国生产民用炸药四百多万吨。相当于1944年，也就是二战中军火生产量最大的那一年，所有交战国生产炸药总和的两倍！

可以说，炸药发明后主要用于服务人类，而不是杀死人类。下一个需要正名的可能就是氢弹，它是未来宇宙开发事业的重要工具。

氢弹是人类发明的威力最大的爆炸物，人们也早就设想过它的工程用途。在电影《不见不散》中，葛优饰演的刘元说了一段台词：用氢弹在喜马拉雅山炸开一道五十公里的口子，把印度洋暖风引到青藏高原，变出很多鱼米之乡。这段台词不是编剧的原创，而是借用了当时的一个工程技术设想。

苏联也有人想用小型氢弹来发电。方法是在大山里掏出岩石洞，装满锂盐。将小型氢弹在洞里引爆，把锂盐变成气体，导入气轮机发电。等气体冷却下来后，再爆破另一颗氢弹，如此反复不止。

当然，这些设想也就是想想，谁也不敢在地球上使用氢弹搞建设。但在宇宙中使用氢弹，不会危害到任何人。反之，人类还需要进行很多天体级别的工程爆破，比如炸碎一颗冲向地球的小行星。不用氢弹，难道一飞船一飞船地去运普通炸药？

理论上氢弹装药量无上限。前苏联就能制造出当量一亿吨的氢弹，因为找不到那么大的实验场，压缩为五千万吨，并于1961年10月30日在新地岛成功爆破。这次实验也告诉军事家，氢弹造得大没有实用价值。于是，各国转而压缩当量，制造小快灵的核武器。

然而，如果要把氢弹用于太空建设，就会走完全相反的技术路径，氢弹需要越造越大。比如，为了汽化火星极地的干冰，或者提取谷神星内部的水，可以投放十亿吨级的氢弹。

氢弹爆炸时，能量会以各种形式释放出来。中子弹就是一种小型氢弹，爆炸时能量更多地以中子流形式释放，杀死对方人员，减少对设备和建筑的损坏。而在宇宙中进行工程爆破，则需要尽可能减少辐射，提高冲击波。

核聚变只有瞬间的中子辐射，不留长期污染。如果中国的全氮阴离子盐技术发展成熟，代替裂变炸弹作为起爆剂，氢弹的放射性污染可以减少到接近于零。

在后面的宇宙开发计划中，你会多次看到氢弹的身影。请允许我给它重新命个名，叫做“宇宙工程弹”。氢弹在现实中还没有杀过人，未来可能也不会，它将会在太空中造福人类。

九节：在轨发射与太空维修回本章

空间站在地球轨道上旋转，受大气摩擦，高度会不断下降。所以要经常打开发动机，提升回更高的轨道。有些火星探测器要预先发射到地球轨道，伺机再变轨飞向火星。美国的“麦哲伦号”金星探测器，也是由航天飞机送入地球轨道，再启动自己的发动机，飞向目标。

这些都是在轨发射的雏形和预演。所谓在轨发射，就是把各种部件发射到近地空间，在那里组装成大型航天器，再启动飞向深空。它的难点不在于发射，而在于组装。

人类之所需要在轨发射，是因为化学火箭推力大，但是比冲低。要一次发射几百上千吨物体，就得使用几万吨推进剂。显然，不可能制造那么大的火箭。等离子体火箭比冲大，但是推力很小，无法克服地球重力。

所以，大型飞船只能采用在轨发射的办法。载人登陆火星就是这样，所需要的飞船总质量最少也得几百吨。必须把部件分别发射，推进剂和给养这些物品也要分次送上去。一切在轨道上组装完成后，再启动火箭。

这个过程已经在《火星救援》中有所体现，中国发射的无人补给舱与美国飞船对接后，再一起飞向火星。

未来第一批太空工厂的质量远大于目前的空间站，普遍超过千吨。它们的位置可能是地球附近的几个引力平衡点，都在几十万到上百万公里远，这些工厂都需要轨道组装后再发射。

如今，精密设备只能在地球上制造，再发射入轨。然而，在轨发射不等于只是在地球轨道上发射。随着太空工业的开展，到处都能制造飞船部件。人类可能会在月球轨道、木星轨道，或者小行星轨道上建造巨型飞船，再点火启动。它们也属于在轨发射。

这些巨型飞船进入目标天体的环绕轨道，也不能直接降下去。只能由小型航天器搭载人和物资下降到天体表面，本身仍然需要在轨道上发射。

到那时，地外天体之间的交通量会高于地球和太空之间。与地面发射相比，在轨发射更为频繁。其中有些飞船，可能从头到尾每个部件都在太空制造。它们从组装出来以后，就只在不同天体轨道间运行，从不降落于任何天体表面。

1970年4月发射的“阿波罗13号”在途中发生氧气罐爆炸。宇航员在地面指挥下进行抢修，返回地球，开始了太空维修的先声。后来，苏联人抢修“礼炮号”空间站，美国人抢修哈勃望远镜，都是太空维修的著名案例。

任何设备都会老化，或者出故障，维修和保养是工业生产不可缺少的环节。早期，卫星飞船出了事，只能眼睁睁看着它们消失在屏幕上，宇航员甚至不能维修自己的宇航服。今后发展太空工业，有大量设备投入使用，维修工作必不可少。

与地球上不同的是，太空工业基地相隔很远。这个在小行星，那个在月球。太空维修站需要与轨道发射场同处一地，以便维修人员频繁使用交通飞船。所以，未来可能会出现集两者功能于一身的综合太空站。

十节：厂房在哪里？回本章

有设备还得有厂房，最接近它的当然是空间站，可以从它身上找到未来太空厂房的影子。

空间站不用考虑返回，所以结构简单。现在的空间站完成使用寿命后，通过受控离轨，坠入“航天器公墓”，也就是南太平洋中部的一片海域。没有航线从里面穿越。受控离轨的航天器坠毁到这里不会造成伤害。

国际空间站采用积木式结构，可以拼插新的构件。在这个基础上一段段拼接出去，最终能获得小型工厂的体量。

建造太空工厂的材料，最初还都要从地球发射，必须选择高强度的轻质材料，碳纳米管或者石墨烯都是备选材料。优质石墨烯强度是钢的上百倍，建造同样的太空站，相当于减少百倍的发射质量。等这些材料能够大规模生产，就可以考虑太空工厂。

在科幻片《极乐空间》里，太空城被描述成高尚社区，仅供富人休闲和养老。这违反了先生产后生活的原则。太空工厂首先是生产与科研基地。许多年之内，只有科技人员才能去那里工作和居住。

短期内，太空工厂可以像太空城那样绕地球旋转。长期看来，它需要建在引力平衡点上，以方便从月球、小行星或者金星运输物资。

引力平衡点是法国学者拉格朗日推导出的空间位置，一个物体到了这里，接受到的两大天体引力形成平衡，会长时间保留在原位。航天器到达这些位置，只需微调就能与地球保持在相对静止的位置上。这些地方远在地球阴影之外，光照充分，对科研和太空工业十分有利。

地球附近有地日引力平衡点，也有地月引力平衡点，以地日L2点为最佳。中国的“嫦娥二号”就从月球轨道出发，飞到L2点，停留十个月之久。中继星“鹊桥”则飞到地月L2点，为降落在月球背面的“嫦娥四号”提供通讯服务。可以说，中国人已经掌握了抵达这两个位置的技术。

早期空间站很小，能用火箭一次性发射入轨。未来的太空工厂会比国际空间站还大，必须一段段发射上去，在太空中组装起来。甚至要边组装，边生产。

目前的空间站都使用刚性材料，内径不可能大于运载火箭的直径。随着地面上气模建筑技术的发展，可以制造出密封性能好，体量又大的建筑。美国毕格罗宇航公司便尝试把这种技术引向太空。它就是一个充气太空站，学名“可扩展充气模块”。发射时把它折叠在火箭里，入轨后展开。

第一个实验舱名叫B330，意味着能获得330立方米空间。三个这样的实验舱，内部空间就等于整座国际空间站，而价格却低近百倍！毕格罗宇航公司想用它开设太空旅馆，不过，用来建造太空工厂，显然更为迫切。



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