前言
你想要更好的太阳能电池板、更快的网络、更环保的计算机芯片以及实验室培育的人类心脏吗？太空制造或能帮助我们实现这些梦想。未来工厂可能漂浮在太空中，3D打印技术能够制造任何产品，包括火箭。
图：私人公司帮助进入太空变得更容易，这也为制造业开辟了新的通道。Bigelow Aerospace公司正展示其可扩展舱，它可以充当近地轨道上的工厂
2016年夏季，一架飞机进入墨西哥湾上空近万米高空，不断翻转腾挪。它的目标不是为了寻求刺激，而是进行大胆的科学实验。在25秒钟内，它以抛物线的方式飞行，以便飞机上的“乘客”体验模拟失重状态，允许高科技打印机将心脏干细胞变成双心室，即婴儿心脏的简化版本。
尽管这个实验令人印象深刻，但其实际上只是更大胆目标的组成部分。nScrypt（干细胞打印机制造商）、Bioficial Organs（墨水供应商）以及Techshot（想出心脏实验的美国科技公司）高管正计划于2019年在国际空间站上打印心脏补丁。这个打印机将随着商业火箭被送到空间站上。
Blue Origin和SpaceX等私人太空飞行公司经常受到谴责，被指利用纳税人投资虚无缥缈的工程。但这些公司的出现，的确帮助向太空发送货物和设备的成本变得更廉价。如今，向太空中发送每公斤货物大约需要5000美元，而在太空飞机时代需要3万美元。为此，越来越多的企业家和研究人员正寻求利用进入太空相对廉价的方式，利用低地轨道的独特品质（包括真空、微重力、无限太阳能、极端气温），大力发展制造业。他们的实验已经推动了医学、技术以及材料科学方面的创新。最终，“轨道制造”将彻底改变我们的生产方式。
更轻巧的心脏
心脏移植病人可能需要漫长的等待，才能找到合适的移植器官。在接受心脏移植手术后，他们余生都需要服用免疫抑制剂，以便于身体不会排斥外来器官。利用病人自己的干细胞打印心脏，不但可以加快移植速度，而且还能降低免疫排斥反应。此外，这种打印心脏还可以完美适应病人原来心脏的尺寸。
然而谈及在地球上打印心脏，地球引力成为最大的阻碍。要想可打印的生物墨水成长，干细胞的培养基和营养物就需要拥有水的特性，以确保细胞在移动过程中编织成健康的心脏组织。因为这种水的特性，要想在地球上培育心脏，你需要支撑结构。Techshot首席科学家尤金·博兰（Eugene Boland）表示：“如果研究过心脏，你会发现它实际上就是包裹在肌肉中的开放空隙。”不幸的是，科学家们还没有想出培育干细胞的支架，这个支架要在不损伤新生器官的情况下被摘除或融化。
通过在太空中打印器官，Techshot认为可以培育出不需要使用支架的完整心脏。博兰说：“如果我们在地球上尝试，它在1秒钟内看起来非常完美，但随即就会成为桌子上的融化物。它看起来就像个果冻，在立即被切开分享后，到你的盘子里它已经变得一团糟。”
但是微重力环境可以帮助心脏维持形状，甚至不需要任何支架。这是因为，微重力使得3D打印形状更加直接。在地球上，复杂的3D物体（比如心脏模型）需要以2D层的方式打印，在相当耗时的过程中，一层层打印覆盖。nScrypt首席执行官肯尼斯·彻奇（Kenneth Church）表示，在微重力环境中打印可以让物体以真正的3D形态打印出来，速度提高100倍。
在去年7月份的抛物线飞行中，nScrypt和Techshot打印的首个心脏结构，在打印后1分钟内就失去了半数重量，当时飞机上刚刚恢复重力。国际空间站上的失重环境应该可以让干细胞维持住形状，直到其成长为功能齐全的心脏组织。博兰估计，太空中打印出来的器官可以在培育45天后重新送回地球。
彻奇将这个项目视为超越3D炒作之外的完美方式。他说：“人们已经厌倦了炒作，他们承诺向你提供心脏，可是心脏在哪儿？我能告诉你的是：它在太空中。”
全新网络
美国宇航局下属Space Portal Office物理学家伊奥娜·科兹木塔（Ioana Cozmuta）已经评估过数以百计与太空相关的技术。她的任务就是寻找和审查想在太空中做生意的合作伙伴。她说：“我的目标是为商业太空创造成功故事，但我深受炒作之苦。”
科兹木塔的部分工作是担心迷人的领域出现令人失望的危险。无数的爆炸事件表明，即使“黑天鹅”企业家伊隆·马斯克（Elon Musk）也不能免疫昂贵的错误，复杂的火箭科学中经常出现这样或那样的意外。英国大亨理查德·布兰森（Richard Branson）2008年就曾预测，太空旅游在2010年中期就可能实现。然后他又将这个日期推迟到2013年圣诞节、2014年圣诞节，最终期限由于测试飞行期间发生致命事故而变得遥遥无期。
即使对于世界上最聪明、最富有的企业家来说，太空依然充满了风险。在评估了数以百计的公司后，科兹木塔已经发现许多高管敲定的、令人兴奋的空间商业创意，即使这些计划充满了漏洞。
美国南加州公司FOMS已经赢得资助，明年开始在国际空间站上制造东西。该公司这样做的部分原因是，需要确保项目打下坚实的经济基础。FOMS首席科学家迪米特里·斯塔罗杜波夫（Dmitry Starodubov）决定放弃在太空中采集稀有金属的想法，比如铂金，其目前每公斤售价约为3万美元。在斯塔罗杜波夫看来，这依然不足以让太空采矿盈利。他说：“即使我们的月球是纯铂金构成的，我们的模型显示，在月球上采矿并将其送回地球，在商业上依然是不可行的。”
相反，FOMS着眼于更轻、更有价值的目标——光缆。典型的光缆可以将这些文章传输到你的手机屏幕上，每公斤售价约为3000到5000美元。但是太空光缆可以传输更多数据，或让数据传输更便宜，因为其要求的能量更少。最贵的光缆每公斤售价达到数百万美元，显然这就是价值重量比(value-to-weight ratio）最合适的产品，而在太空中制造成本和风险更低。
ZBLAN这样的太空光缆也可以在地球上生产，但并不容易。制造ZBLAN光缆的正常过程包括将特质玻璃加热到300摄氏度以上，然后将其拉长，就像长长的口香糖那样，通常需要在高10米到20米的低落塔上进行。但是原料尺寸限制了电缆的长度，光缆最长为700米。理想情况下，公司希望光缆越长越好，因为节点可能导致信号损失。此外，重力导致ZBLAN的晶体结构沉降，从而产生导致信号变弱的缺陷。
这也是为何斯塔罗杜波夫希望能在国际空间站上制造ZBLAN和其他复合材料的原因，太空产品在质量和数量上都远远超过地球。他已经帮助创造出原型，利用行李箱大小的低落塔像花园软管那样将光缆绕到线轴上。科兹木塔表示：“从理论上看，可以在24小时内拉出数百千米长的光缆。”没有重力困扰，也不会出现结晶的问题。
尽管ZBLAN很难在地球上制造，但研究人员依然对这些东西很感兴趣，因为它比二氧化硅传播更广泛的光波，包括紫外线和深红外线。这可能被用于创造未来技术，比如紫外线手术激光、眼部安全红外制造工具以及更好的热追踪导弹反制措施等。此外，它也可以让我们的宽带管道变得更宽。科兹木塔估计，与现存二氧化硅光缆相比，太空制造的ZBLAN信号密度损失可减少100倍。与此同时，它也可以帮助传输数据更便宜，因为使用更少的能量可将同等数据传输更远的距离，不再要求更昂贵的传输设备。
至于缠绕好的光缆如何运回地球？科兹木塔说，你可以将其交给SpaceX带回来。
砷的未来更光明
有些在太空中制造的材料无需送回地球，就可以为我们提供帮助。以镓砷复合物为例，8英寸的晶片价值超过5000美元，而且会导致大量有毒副产品。但它可被用于制造最好的太阳能电池板，40%的太阳能可以被转化为电能，而硅质太阳能电池板的转化率仅为15%到20%。
美国休斯顿大学材料科学家亚力克斯·伊格纳季耶夫（Alex Ignatiev）20世纪90年代首次在真空环境中制造出镓砷半导体，其质量是地球上同等产品的10000倍。那是因为，原子氧与真空环境可以让这种复合物在原子层高度整齐地生长，互相堆叠成数万层，而且不会产生任何扭曲，从而大大增加太阳能的转化效率。从理论上看，没有缺陷的镓砷最多可以让太阳能的转化率达到60%。
伊格纳季耶夫设想，在轨道上安装1公里宽的镓砷太阳能电池板阵列，收集太阳能，并通过微波将其传送回地球，类似日本2015年提出并演示的太阳能农场。无需在地球上建造脆弱的电池板，在太空中组装太阳能电池可大幅节省成本。伊格纳季耶夫说：“当你身处太空中时，你可以进入地球同步轨道，因此你可以总是面对太阳，然后将能量传输回地球。”地球上的网状接收器可以接受微波信号，它们可避免微波对飞机、鸟类、庄稼以及牲畜产生伤害。
可是，没人想要看到低地轨道变成漂浮的有毒垃圾堆。幸运的是，太空具有分解有毒残留物的独特能力。除了保护地球大气层外，来自太阳的紫外线辐射可以分解危险分子，将它们分解成无害成分。伊格纳季耶夫说：“我们的地球是个封闭系统，对于大多数分子来说，里面的开放环境并不容易进入。它们要么在真空环境中分解，要么彻底蒸发。”
对于亚马逊和Blue Origin创始人杰夫·贝索斯（Jeff Bezos）来说，将有毒产物拖入太空处理似乎是个不错的主意。贝索斯曾在去年6月份和9月份宣称：“你可以前往太空拯救地球。出于保护环境的原因考虑，我们需要在太空中建造超级芯片工厂。在那里制造半导体这样的肮脏东西，可以让危险完全远离地球。”
尽管我们的电子产品散发出各种美丽的光芒，但制造计算机芯片却也非常危险。制造单个集成电路板需要2200加仑水，以便清理和冷却芯片，2015年我们制造了大约9亿个这样的电路板。尽管废水经过处理，美国半导体公司在2003年到2013年间依然被发现有1万多起违反环保法行为。可是，如果你使用冰冻真空作为冷却剂，谁还需要水呢？
太空制造的未来
不管前景多么诱人，在太空中生产都需要庞大的资金支持，还需要承受住风险。肯定会出现生命损失和高额成本，但那并非意味着这种方法无效。在失重环境中成功打印心脏后，Techshot的博兰花些时间庆祝这个里程碑。他说：“我们感到惊讶，我可以告诉你，这种方法肯定管用。”
除了正在考虑在国际空间站打印心脏，nScrypt的彻奇还有更大的目标。假设这种方法能够显著提高生产速度，3D打印的优势将让太空打印与地球上的大型制造商相互竞争。伊格纳季耶夫的太空镓砷太阳能电池板就是个例证，同样的原则也适用于卫星甚至飞船。彻奇说：“我希望能在太空中打印所有东西，包括火箭。” （小小）
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