535.第535章 太空试验田（中）

除了首开记录的轴承厂之外，接下来就是泡沫金属工厂。冶炼毕竟是文德嗣的老本行，这些个是他最熟悉的行业了，当年还是大学狗的时候，就天天学的这个。当了几十年的国家元首，却没多少机会用到他自己的专业技能，这让文总有时候也难免会有些锦衣夜行，髀肉复生之憾。

        “劳资才是这个世界上最精通地外冶炼的专家啊啊啊啊啊……”以前没条件也就算了，现在有了条件，当然要首先搞起来。

        于是，文总重操旧业，亲自主持了本位面第一批太空冶炼厂的规划和设计工作。有了文德嗣这个大内行的指导，中国的太空冶炼厂进展速度极快。1938年5月份就完成所有的地面作业，随后分为几十个货舱在以一天6次的频度，在半月内全部打到了轨道上。6月底完成这个工厂群的组装和调试，开始试生产。

        首先做的是泡沫钢，这是最简单的泡沫金属。但是在地面上却搞不出来，因为地球有重力，气泡在钢水内无法均匀分布，也不能形成完美的球形，所以基本上是做不了的，只能停留在理论阶段。但是这东西在太空中制造起来非常简单，就是使用电炉把送来的钢锭融化成钢水灌入铸模，再用喷头向钢水中打入氢气混合搅拌，气泡自己就会均匀的分布在钢水内部，并形成完美的正球形，随后在静置冷却之后，便成了高性能的泡沫钢材质的钢板钢梁。

        当生产流程确定后，同样由地面建造了货仓工厂，经由通天桥打到轨道上，再由驳船推至工厂轨道。而一个泡沫钢生产货仓只要获得充分材料供应，能够日产650吨的钢梁或者板材。天禾集团高层经过考虑过后，打了四个泡沫钢生产舱上工厂轨道去，并透过通天桥每天提供一次发射，也就是1/6的运量，供应轨道工厂660吨原料钢材与所需氢气等原料（货车的空重是60吨，最大载荷660吨）。如此满负荷运转下，便可年产23。7万吨的泡沫钢材。其中的七成被装上返回货车运回地面，同样销售给军工产业。而其余三成则留作轨道建构物的建造。这泡沫钢正是宇宙飞船与空间站的绝佳建造材料。

        然后就是各种特殊合金的冶炼工厂，也被陆续发射了上去。在无重力的条件下，即使是比重差别很大的两种金属，也能实现完美的混合，这就使得太空冶炼厂可以冶炼出很多地球上无法生产的合金，比如说铝和钨的合金。还有目前在军工项目中大量使用的铁铝合金，这东西在地球上生产一直是个大问题，成品率不能让文德嗣满意。

        但是在太空冶炼也完全不同了，想不成功都难。何况还可以做成更轻的泡沫化铁铝合金，这更是不得了的东西。用重量比水还轻，强度比钢还高的铁铝合金制作的飞机，想想都觉得酸爽。

        接着是光纤，自从1913年中国做出了各种激光后，文德嗣便组织人员开始研究光纤的生产，但是直到到30年代，花了整整二十几年的时间，成果却很有限。不是说这时作不出光纤，而是以此时的工艺技术，生产光纤的成本高到让文德嗣无法接受。

        光纤的基本材料就是玻璃纤维，这是一种很细的玻璃丝，直径为几十微米。但是因为太细，在生产的时候非常容易断裂，因为一旦长度达到一个门槛，没等到液态的玻璃丝凝固，就会由于受到重力而被拉成小段，而这严重限制了光纤的长度。

        一般来说，越细的光纤则效率越高，通讯频宽越大。但是越细的光纤也就越容易受重力影响，长度就必须做的越短。即使在原时空的21世纪初，15微米的光纤长度顶多十几米，而50微米光纤顶多作到百多米长度。只有大于100或200微米的较粗光纤才能在冷却时耐得住线材本身的重量，可以做到几百上千米。而这还是经过近三十年研发的成果，在此之前光纤只能做的很短，因此长程的光纤骨干中间需装上大量中继器，造成其价格居高不下。

        而在本位面的30年代，即使是文总使出了种种手段开挂，进展速度也还是不大。直到去年，100微米粗的光纤长度只能做出二百米左右，再长就非常容易断裂，勉强等达到原时空21世纪初头几年的水平。研究小组这最近十年的研究重点放在改进玻璃液中加入的材料，以及调整冷却速度，以使其能够在冷凝时能耐的住更多的重量，从而做出更长的玻璃丝。但是依照目前的进度估计，恐怕还要花上个十几二十年的时间。

        好吧，这个成绩在当时人看来已经很不错了，但是对于文德嗣来说，却是远远不够。当然，我们知道，塑料也能做成光纤，但是塑料光纤也只是便宜，性能还是远远比不上玻璃光纤的。

        然而，通天桥完成后，这种难题就迎刃而解。

        文德嗣一声令下，光纤小组将一套生产机器安装到货仓中，打入轨道进行实验。而其结果令他们震惊。100米，500米，1000米，2000米，4000米……10000米！他们不断拉出更长的光纤使之冷却，却没有一条在冷却时折断，其可以延伸的长度还没有看到尽头！而这个光纤的直径仅有10微米！

        这真是太……太……太踏马帅了！在场的试验人员都被雷得外焦里嫩，风中凌乱了。此后他们不需要再考虑断线问题，而可以把精神放在改善光纤光学性能上，而不必因为断线而需要加入紧固材料，进而对光学性能方面做出妥协。

        经过三个月的测试，光纤试验小组提出报告，建议完全放弃地面上的光纤生产线，全面转向轨道工厂生产！

        然后的项目，就是半导体的硅晶圆生产了。这是一开始就列入计划表的优先选项，目前受到所有人的关注。硅晶圆的用途可不仅仅是计算机产业。没错，计算机产业是很重要，但在眼前有更重要的，那就是能源项目，也就是太阳能光伏电板。

        在太空中，最廉价也最方便的能源就是太阳能了，而太阳能电池板就需要硅晶圆，越是高品质越是大块的硅晶圆，其能量转换率就越好。但是在地球上很难生产出大块的硅晶圆，而且价格也非常感人，不利于推广。

        此外，就是文德嗣准备尽快建成计划中的轨道太阳能发电站了。但是，这个日光发电厂也有个问题。在火箭时代，最大的问题就是怎么把材料打到轨道上去。现在这个问题由于通天桥完成而解决了。剩下的问题就是，如何才能搞到够多与够便宜的光伏电板？

        太阳能光伏电板，目前产量够高也最廉价的是硅基光伏电板，也就是用硅晶圆制作的光电板。但是说最廉价，也只是与其他正在研发中的光电板相比，其价格本身还是很昂贵的。拿来建一座电站，那么造价将会是核电站的数倍之多。因此必须研究降低价格的方法。而最直接的方法，就是加大晶圆的产量与生产效率，或者说，加大晶圆的直径。

        当然，也可以用便宜的塑料来制作光伏电板，但是这玩意儿就和塑料光纤一个道理，除了价格便宜和可以随意弯曲之外，转换率远远低于硅晶圆。这样算起来，性价比最高的仍然是硅基光伏电板。

        硅晶圆是指制作硅半导体所用的硅晶片，状似圆形，故称晶圆。硅晶圆就是“单晶硅”，生产原料就是地面随处可见的砂子（主要成分二氧化硅），当从砂子内萃取出所需的硅元素后，经还原等处理，可萃得约98%粗晶体，再经纯化过程，可得纯化多晶硅，其形状为粒状或棒状，纯度高达五个九以上，即99。999%以上。

        然后再将此多晶硅融化，并在熔融液内掺入一小颗硅晶体晶种，再慢慢拉出可形成圆柱状的单晶硅晶棒。由于硅晶棒是由一颗小晶粒在熔融态的硅原料中逐渐生成，此过程称为“长晶”。硅晶棒再经过研磨，抛光，切片后，即成为制作集成电路和光伏电板的基本原料——硅晶圆片，这就是“硅晶圆”。

        硅晶棒所切割出的晶圆中，品质较好的，称为生产晶圆，更高级的称为磊晶圆。生产晶圆及磊晶圆几乎都集中在硅晶圆棒的中间部分。头尾两端所切出的晶圆，出现瑕疵的机会较大，通常用做非生产用途，称为测试晶圆，测试晶圆通常送回工厂再加工成再生晶圆。

        最后品质过关的硅晶圆送至晶圆厂内制造晶片电路，每块硅晶圆上可翻制出数以百计的相同硅晶片。这些晶片电路再经封装测试等程序，经过复杂的化学和电子过程处理后，其上布满着多层精细的电子线路，便成为市面上一颗颗的集成电路。而如果要用在太阳能板上，可以整块圆形晶圆直接拿来用，或者切割成较小的方块。

        不过在地球上，生产这种硅晶圆很难，直径越大的难度越高，这可是高科技。在二十一世纪初，能够量产的也就是直径十二英寸（300毫米）的硅晶棒，最大的也不过十四英寸（360毫米）。因为它的生产要受到重力影响，直径每提升一点，都要付出巨大的代价。但是在无重力的天空中，这一切都不再是问题。从理论上说，其直径增长是无限的。

        而目前中国的技术，工厂中能够长出的硅晶棒是250毫米（十英寸）的等级，实验室中则可以生产300毫米晶圆，勉强能达到21世纪初的水平，在文德嗣看来，这是属于非常初期的层次。最重要的是，价格还是很难让人接受。

        因此在通天桥的最后测试还未完城，中国半导体研究所的晶圆实验室便奉命将一套完整的生产装备装入了一个货仓中。当天宫一号建立完毕后，这个轨道晶圆实验室便被发射上去，与天宫一号对接，开始轨道晶圆生长实验。

        轨道晶圆实验室与其他工厂不同，长晶是需要重力的。虽然无重力也可以长晶，但这样长出来的是“硅晶球”而不是“硅晶棒”，在加工上会有些麻烦，同时浪费也比较多。因此，轨道晶圆实验室被接在一个转轴上，与另一个生产实验室的舱组遥遥相对，以电力驱动缓缓旋转，是天宫一号中比较少的几个重力实验室。当然，旋转速度经过调整，并不是全重力，而是仅仅只有百分之一到十分之一重力，0。01～0。1G的程度。这个实验室的重力是可以很容易调整的，只要调整转速就行了。轨道晶圆实验室的工程师便是在这种情况下开始进行长晶实验。

        而他们最后得到的结果极为惊人，那是大大小小不同的硅晶棒，其中最大的为直径两米，长十二米，重达八十八吨的巨大硅晶棒。其实还可以做得更大的，只是设备没那么大。这些硅晶棒除了少数送往成品实验室外，其余被小心封装好之后，装入回返货车送回地面的实验室进行切割。当这批硅晶棒在地面一露面，所有人眼睛都直了。众人都被这些个巨大的怪物雷到半响无语。

        地面的晶圆实验室很快地切割分析了这一批硅晶棒，结果发现，这批硅晶棒切出来的大部分都是高品质的磊晶圆，生产晶圆比例很少，而瑕疵品的测试晶圆几乎找不到。再分析过轨道晶圆实验室最后总结出来的流程与损耗后得出了结论。至少在硅晶提纯与长晶方面，轨道晶圆实验室的产品良品率比地面实验室高十倍，成本则只有五分之一，因此效率是五十倍，再考虑低重力环境下四至五倍左右的生产速度，晶圆实验室很快就得出了与光纤实验室相同的结论：应尽快于轨道上建设轨道晶圆厂。而这时搞成品生产的那帮家伙也跳了出来说，轨道的环境使得集成电路和光伏电板的成本可以降低一半，良品率则增为原本的两倍，总之同样要求尽速将地面工厂迁往轨道上。

        当然，文德嗣也很想，但问题是工厂不是说迁就迁的。迁厂本身还算快的，在地面把工厂设备安排封装到货仓中，再打上轨道去就好了。问题是工厂一打上去，接下来就要往上运送材料，并把成品运回地面来。但是现在的通天桥的电力却是大大不足的，一天只够跑六趟。

        天宫一号的测试基地运转半年后，再顽固的人也承认，必须加大现有的通天桥投射量。一天六次货物投射，总计4320吨的货仓，或者3960吨的货物是远远不够的。是的，也许轨道上没有太多的新造建筑需求，但是别的不说，光是目前投射的几座轨道工厂群，其产能就受到材料限制。轴承滚珠也就罢了，这个数量多但是质量小，基本不太占运输吨位。但是泡沫金属和新型合金这类东西在将最初的样本送回地面分送各工厂测试后，现在全国的各种军工厂全部要求大量供应，有多少要多少，甚至连民用企业特别是汽机车厂也打听到消息来要求供应。

        最初火箭组的主任工程师钱学森认为，可见的未来十八年中轨道上不会有2600万吨的运输量需求，因而对文德嗣对于收回成本的把握感到疑惑。现在他明白了，短期内确实可能不需要在轨道上建造2600万吨的建筑体。但是仅仅是送上轨道来加工处理的材料，比如说泡沫金属的制造，光是一天一班车，一年就有近二十四万吨。而看各地工厂开过来的需求书，就是一年造2400万吨他们也可全部吃下，他们恨不得把全部的钢材都换成泡沫钢。

        至于那些新型合金就更不用说了，这可是文德嗣亲自去了一趟太空，现场指导他们搞出来的。在制作时，文德嗣还一时技痒，在炉前亲手操作，炼了几炉新型合金出来。

        还有就是之前搞出来的“铜龙”高能电池和钨晶须装甲。这钨晶须在太空中的生长速度和质量也是远超地球，而且成本和废品率更是大幅度降低。而这个高能电池之所以还没升级到“金龙”，就是因为地球上无法生产出满足要求的铁钠合金。但是一旦进入太空，这些生产上的困难都不复存在了。

        这些样品被一一送回地球，在测试之后，专家们都疯狂了，性能参数都是大幅度上升，从提高了几倍、十几倍甚至几十倍不等，而废品率也减低到了一个难以置信的程度，至于成本也是几倍的降低。于是他们都纷纷要求搬家，把这些工厂全都搬到太空去！

        是的，在通天桥建造之前，这些需求一个都不存在。但是当通天桥建完，天宫一号设立完毕，经过短期试验后，立刻凭空生出一个巨大的市场与无数的需求。

        更加不用说，还有制药、化工、农学、生物等等各种领域的产品，这些东西都在一一测试，并都取得难以置信的成功。现在这些领域的专家们在测试了从天宫一号送回的样品后，全都头顶青天，狂喜乱舞了。纷纷要求把工厂搬到轨道上去。

        而这么多的工厂，这么多的产品需求，这就需要很多的能源，准确的说就是电能。现在中国的这些太空轨道工程在发展上的最大限制有两个，一个就是通天桥的运力，另一个就是能源。

        前一个问题另说，暂且不提。先说说这个能源问题，因为太空不同于地球，这里的氧气都是从地球送上来，或者依靠光合作用制取的，数量都有限，所以不适合建立火力发电站。这样的环境自然也不适合建立水力、风力、潮汐、地热等等性质的发电站。在这样的特殊环境中，只有太阳能电站和核电站才适合。

        核电站当然是最给力的，功率大，搞一座就够很多设施使用了。原时空的历史上，美苏在冷战时期就先后搞出了核动力卫星之类的玩意儿，事实证明这是可行的。但是这也有个问题，那就是成本太高了。虽然现在中国实用的第四代增值堆核电站，燃料利用率比第三代高一百多倍，运行成本是很低，但是电站本身的建设成本还是很高的。再怎么说，毕竟这也是带有辐射危险的东西，光是在安全性的考虑上就比常规电厂严密多了，也贵多了。再说这是太空核电站，技术难度更是高于地面上的。

        而在太空中，最廉价也最方便的能源就是太阳能了，而且由于太空中没有大气层的折射和反射，光能的利用率比地球高得多。太空中的太阳能电池板没有大气层的阻隔，没有尘埃、云层等物体的干扰，它接受太阳光的强度是地球上的八到十倍，而且更清洁。

        其次，解决了地面太阳能发电所难以避免的发电间断和稳定性差的问题。而地面太阳能由于受到地球自转的影响，一天能发电的时间只有不到十二个小时，而且还因为不同时间的光照强度不同，一天中发电强度也不稳定，这也是地面上光伏电站难以大量推广的原因。而太空中的太阳能发电所就完全不受这些因素影响，它可以24小时持续不断地接收阳光，并且不会有什么光照强度变化，可以持续而稳定的发电。同样一块光伏电板，在太空中的发电量至少是地球的二十倍以上。

        更重要的是，核电站成本再怎么低，也还是需要添加核燃料的，哪怕到了聚变阶段，也同样如此。而太阳能电站就完全不需要考虑燃料问题，轨道光伏电站一旦完成开始供电，那是不需要燃料成本的。虽然主体架构也会有寿期成本，但一来太空的真空环境中没有风吹雨打，钢铁结构寿命长的多。二来就算是在地面上建立核电站，那核电站照样有主体寿命成本的。

        由于具有核电站无法比拟的安全、清洁和便宜这些优点，所以文德嗣在一开始就把轨道光伏电站作为重点建设项目。

        这个轨道光伏电站除了为那些太空工厂提供能源之外，还有一个重要用途就是为通天桥本身供电。

        而现在通天桥的最大问题就是运力限制，它现在的状态是无法满足这么多巨大的运量需求，它只能每三个半小时发一班货车，或者每三小时发一班客车。这倒不是本身运力设计有什么问题，而是能源不够。它附带的那两座核电站就只能提供这样的输出，而安西省乃至于新疆省的电网虽然可以供应一部分，但是不但成本较高，数量也非常有限。毕竟西部民间电网是以供应本地民用与工商业电力设计，并没有太多的额外输出，顶多只能提供相当于悬圃核电站三成的额外电量而已。

        如果能获得足够的电力供应，通天桥系统的发车数量基本不会受太多限制。每八到十分钟发一班车都不成问题。当然，如此天宫一号的中转站必须扩大以对应中转需求就是了。

        既然西部电网不能提供太多电力，那就只剩建造新的电厂一途了。其一是建造新的核电站，但这不但成本比较高，同时也有种种顾虑。难道要在悬圃基地周围建造五六座乃至于十多座核电站吗？适当的再增加一些可以，但也不能太多，哪怕不说成本，也要考虑到战略安全问题。

        经过分析研究后，众人决定，以能够增加通天桥运量的产业优先送上轨道。这就是轨道发电站所需的的材料生产。作为主集电器的光电板（即光电硅晶圆），作为主体结构的泡沫钢，作为控制线路的光纤束等。这些相关材料的轨道工厂都需要优先发射建立，如此才能尽快完成轨道光伏电站，从而为通天桥本身提供更多的电力，增加其投射速度。

        因此从1938年下半年开始，文德嗣开始将相关的一些工厂逐渐搬到轨道上去。同时除了从地面搬来设备工厂外，也开始使用轨道泡沫钢厂生产出来的钢架钢板开始实验直接在太空建造太空构造物。这是未来建立大型轨道光伏电站的基础。

        至于太空电站怎么把电能传输到地面，这就是采用微波送电了，而且在太空中也是同样如此。轨道光伏电站会把太阳能就在卫星上转换成含有能量的电磁波，即特定波段的微波，再集束之后发射到远处的接收装置上。

        这个理论最早是特斯拉提出的，特斯拉来到中国之后，就主攻这个微波送电技术。1926年5月，特斯拉为首的中国科研人员就已跨越了太空太阳能发电技术的一个重要门槛，他们在南洋两座相距200公里的海岛上，成功实现了微波级能量的无线远距传输，这个距离相当于从太空轨道传送能量到地面所要穿透的大气层厚度。

        近些年来，与太空太阳能发电技术有关的其他多种技术也取得了重大进展。大约十年前，光电效率（即光能转换成电能的转换率）只有15%左右，而现在已经能达到40%。卫星技术也得到了改进，其中的全自动计算机系统以及先进的轻质建材也取得了飞跃性的进步。所以相关技术在前几年就已经成熟了，只是碍于运力而无法实施，通天桥建成之后，这个项目就被作为了重点之一。


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