苏刊谈宇宙工艺学

说宇宙工艺学是宇宙研究的最新方向之一，它研究的对象包括在太空轨道上修理和装配宇宙器和在宇宙器上制取多种材料和制品。将来，在太空轨道上会出现生产车间，生产出的材料将成为完善仪器和装置经常使用的材料
【苏联《科学与技术》月刊第九期文章】题：宇宙工艺学的步骤
宇宙工艺学是宇宙研究的最新方向之一。它研究在轨道上完成的工艺过程，利用轨道上的宇宙空间各种物理因素，首先是失重和真空条件。这里可分两个最重要的方面：直接在近地空间修理和装配宇宙器和制取具有新的或大为改善的性能的材料和制品。
大家都知道，最近几年越来越广泛地应用微电子学和光学电子学仪器——从控制最复杂过程的现代电子计算机到医用小型传感器。这些仪器中的大部分是在由三种和更多种组分熔炼成的新半导体或光学材料的基础上制成的。由于实际应用这样的材料的决定性的性能是它们的组成的高度均匀性和晶体结构的完善性。
获得所需的特性是困难的，因为构成材料的诸元素在密度、韧性、导热性等等方面是极为不同的。理论计算表明，在失重条件下晶体质量应能提高。这里没有阿基米德定律中描述的推力，自由对流；分子间力以及使物体支承在空间不必要某种容器这一点却具有特别的作用。
这样，没有阿基米德推力的作用可以用在地球条件下不相混合的物质制成完全新的合金和高度均匀的合金，以及由于没有来自在其中熔炼和结晶材料的熔埚壁的杂质的污染可以制取超纯物质。宇宙空间的这些性质许可生长大尺寸的晶体和制取任意形状的材料——薄膜、线材、镜面材料等等。
但是所有这一切都是理论先决条件，它们（以及在它们的基础上建立的物理过程数学模型）需要在现实条件下加以检验。苏在宇宙中进行的工艺实验
世界上首次在失重条件下焊接和切割材料是在一九六九年十月在有人驾驶飞船“联盟—６”号上借助专门的科研装置“火山”进行的。焊接用三种方法进行——用电子束、等离子弧和熔化电焊条。那时很难评价此类实验的所有重要意义。现在则可以说，这些实验是实际发展宇宙工艺学的一个推动力。
尔后进行了许多项类似“火山”装置上的实验的工作。例如，一九七三年美国航天员在“天空实验室”上研究了熔化的金属和合金流在失重条件下的状况。如同苏联的实验一样，美国人也把电子束用作熔化金属的热源。
在苏联轨道站“礼炮—４”号上宇航员进行的已经是完全另一种计划的工艺了。在太阳望远镜镜面上涂上一层反射层，以此方法使之产生光学表面的性能。在地球条件下为此必须利用专门的真空室，而在宇宙中真空是天然的和“不限数量”的。在苏美“联盟—阿波罗”联合飞行时曾进行了“万能炉”熔化和随后冷却一系列合金的实验。专家们对这些合金在失重条件下获得的性能颇感兴趣。例如，原来像铅同钨这样的金属合金由于它们的比重差别大而无法在地球条件下结合，而在宇宙中可以制取，其组分和结构相当均匀。
在“礼炮—６”号上供宇航员使用的有两台工艺装置
——“合金—０１”和“结晶”，它们是两台电加热炉。
“合金—０１”装置是用来在轨道飞行条件下制取各种材料的，这种材料的生产工艺要求高温加热（至一千摄氏度）。这是金属合金、复合材料、半导体晶体（它们是用从液相和汽相容积和定向结晶的方法生长的）、各种玻璃。在“合金—０１”装置上还进行了诸如铝与镁的金属间（化学）结合的结晶实验，铜与铟、钨与铝、铝与镓的混合实验。这些实验的目的是研究熔化的和固态的金属在微引力条件下各相形成和相互作用的特点。
“结晶”工艺装置是用来生长半导体单晶，采用了几乎所有已知的工业工艺过程。在这一装置上第一次不仅获得了大体积半导体晶体，而且也获得了薄膜结构。“合金—０１”是放置在闸室内，“结晶”装置同它不同，完全是自给的，并不需要同宇宙空间的真空相通，因此放置在轨道站内舱室里。
所有工艺实验的材料都被送回地面，由苏联和科学计划其他参加国的各研究所进行详细的研究。对在失重条件下制取的为数众多的半导体、光学、金属材料进行实验室研究断定，这些样品的性能同在地球上生产的材料相比，是改善了。原来，它们的某些参数也是可以调节的。但许多效应是未料到的。