第535章 太空試驗田(中)

　　冶煉畢竟是文德嗣的老本行，這些個是他最熟悉的行業了，當年還是大學狗的時候，就天天學的這個。當了幾十年的國家元首，卻沒多少機會用到他自己的專業技能，這讓文總有時候也難免會有些錦衣夜行，髀肉復生之憾。

　　“勞資才是這個世界上最精通地外冶煉的專家啊啊啊啊啊…”以前沒條件也就算了，現在有了條件，當然要首先搞起來。

　　于是，文總重操舊業，親自主持了本位面第一批太空冶煉廠的規劃和設計工作。有了文德嗣這個大內行的指導，中國的太空冶煉廠進展速度極快。1938年5月份就完成所有的地面作業，隨后分為幾十個貨艙在以一天6次的頻度，在半月內全部打到了軌道上。6月底完成這個工廠群的組裝和調試，開始試生產。

　　首先做的是泡沫鋼，這是最簡單的泡沫金屬。但是在地面上卻搞不出來，因為地球有重力，氣泡在鋼水內無法均勻分布，也不能形成完美的球形，所以基本上是做不了的，只能停留在理論階段。但是這東西在太空中制造起來非常簡單，就是使用電爐把送來的鋼錠融化成鋼水灌入鑄模，再用噴頭向鋼水中打入氫氣混合攪拌，氣泡自己就會均勻的分布在鋼水內部，并形成完美的正球形，隨后在靜置冷卻之后，便成了高性能的泡沫鋼材質的鋼板鋼梁。

　　當生產流程確定后，同樣由地面建造了貨倉工廠，經由通天橋打到軌道上，再由駁船推至工廠軌道。而一個泡沫鋼生產貨倉只要獲得充分材料供應，能夠日產650噸的鋼梁或者板材。天禾集團高層經過考慮過后，打了四個泡沫鋼生產艙上工廠軌道去，并透過通天橋每天提供一次發射，也就是1\/6的運量，供應軌道工廠660噸原料鋼材與所需氫氣等原料（貨車的空重是60噸，最大載荷660噸）。如此滿負荷運轉下，便可年產23。7萬噸的泡沫鋼材。其中的七成被裝上返回貨車運回地面，同樣銷售給軍工產業。而其余三成則留作軌道建構物的建造。這泡沫鋼正是宇宙飛船與空間站的絕佳建造材料。

　　然后就是各種特殊合金的冶煉工廠，也被陸續發射了上去。在無重力的條件下，即使是比重差別很大的兩種金屬，也能實現完美的混合，這就使得太空冶煉廠可以冶煉出很多地球上無法生產的合金，比如說鋁和鎢的合金。還有目前在軍工項目中大量使用的鐵鋁合金，這東西在地球上生產一直是個大問題，成品率不能讓文德嗣滿意。

　　但是在太空冶煉也完全不同了，想不成功都難。何況還可以做成更輕的泡沫化鐵鋁合金，這更是不得了的東西。用重量比水還輕，強度比鋼還高的鐵鋁合金制作的飛機，想想都覺得酸爽。

　　接著是光纖，自從1913年中國做出了各種激光后，文德嗣便組織人員開始研究光纖的生產，但是直到到30年代，花了整整二十幾年的時間，成果卻很有限reads;。不是說這時作不出光纖，而是以此時的工藝技術，生產光纖的成本高到讓文德嗣無法接受。

　　光纖的基本材料就是玻璃纖維，這是一種很細的玻璃絲，直徑為幾十微米。但是因為太細，在生產的時候非常容易斷裂，因為一旦長度達到一個門檻，沒等到液態的玻璃絲凝固，就會由于受到重力而被拉成小段，而這嚴重限制了光纖的長度。

　　一般來說，越細的光纖則效率越高，通訊頻寬越大。但是越細的光纖也就越容易受重力影響，長度就必須做的越短。即使在原時空的21世紀初，15微米的光纖長度頂多十幾米，而50微米光纖頂多作到百多米長度。只有大于100或200微米的較粗光纖才能在冷卻時耐得住線材本身的重量，可以做到幾百上千米。而這還是經過近三十年研發的成果，在此之前光纖只能做的很短，因此長程的光纖骨干中間需裝上大量中繼器，造成其價格居高不下。

　　而在本位面的30年代，即使是文總使出了種種手段開掛，進展速度也還是不大。直到去年，100微米粗的光纖長度只能做出二百米左右，再長就非常容易斷裂，勉強等達到原時空21世紀初頭幾年的水平。研究小組這最近十年的研究重點放在改進玻璃液中加入的材料，以及調整冷卻速度，以使其能夠在冷凝時能耐的住更多的重量，從而做出更長的玻璃絲。但是依照目前的進度估計，恐怕還要花上個十幾二十年的時間。

　　好吧，這個成績在當時人看來已經很不錯了，但是對于文德嗣來說，卻是遠遠不夠。當然，我們知道，塑料也能做成光纖，但是塑料光纖也只是便宜，性能還是遠遠比不上玻璃光纖的。

　　然而，通天橋完成后，這種難題就迎刃而解。

　　文德嗣一聲令下，光纖小組將一套生產機器安裝到貨倉中，打入軌道進行實驗。而其結果令他們震驚。100米，500米，1000米，2000米，4000米…10000米！他們不斷拉出更長的光纖使之冷卻，卻沒有一條在冷卻時折斷，其可以延伸的長度還沒有看到盡頭！而這個光纖的直徑僅有10微米！

　　這真是太…太…太踏馬帥了！在場的試驗人員都被雷得外焦里嫩，風中凌亂了。此后他們不需要再考慮斷線問題，而可以把精神放在改善光纖光學性能上，而不必因為斷線而需要加入緊固材料，進而對光學性能方面做出妥協。

　　經過三個月的測試，光纖試驗小組提出報告，建議完全放棄地面上的光纖生產線，全面轉向軌道工廠生產！

　　然后的項目，就是半導體的硅晶圓生產了。這是一開始就列入計劃表的優先選項，目前受到所有人的關注。硅晶圓的用途可不僅僅是計算機產業。沒錯，計算機產業是很重要，但在眼前有更重要的，那就是能源項目，也就是太陽能光伏電板。

　　在太空中，最廉價也最方便的能源就是太陽能了，而太陽能電池板就需要硅晶圓，越是高品質越是大塊的硅晶圓，其能量轉換率就越好。但是在地球上很難生產出大塊的硅晶圓，而且價格也非常感人，

　　不利于推廣。

　　此外，就是文德嗣準備盡快建成計劃中的軌道太陽能發電站了。但是，這個日光發電廠也有個問題。在火箭時代，最大的問題就是怎么把材料打到軌道上去。現在這個問題由于通天橋完成而解決了。剩下的問題就是，如何才能搞到夠多與夠便宜的光伏電板？

　　太陽能光伏電板，目前產量夠高也最廉價的是硅基光伏電板，也就是用硅晶圓制作的光電板。但是說最廉價，也只是與其他正在研發中的光電板相比，其價格本身還是很昂貴的。拿來建一座電站，那么造價將會是核電站的數倍之多。因此必須研究降低價格的方法。而最直接的方法，就是加大晶圓的產量與生產效率，或者說，加大晶圓的直徑。

　　當然，也可以用便宜的塑料來制作光伏電板，但是這玩意兒就和塑料光纖一個道理，除了價格便宜和可以隨意彎曲之外，轉換率遠遠低于硅晶圓。這樣算起來，性價比最高的仍然是硅基光伏電板。

　　硅晶圓是指制作硅半導體所用的硅晶片，狀似圓形，故稱晶圓。硅晶圓就是“單晶硅”，生產原料就是地面隨處可見的砂子（主要成分二氧化硅），當從砂子內萃取出所需的硅元素后，經還原等處理，可萃得約98粗晶體，再經純化過程，可得純化多晶硅，其形狀為粒狀或棒狀，純度高達五個九以上，即99。999以上。

　　然后再將此多晶硅融化，并在熔融液內摻入一小顆硅晶體晶種，再慢慢拉出可形成圓柱狀的單晶硅晶棒。由于硅晶棒是由一顆小晶粒在熔融態的硅原料中逐漸生成，此過程稱為“長晶”。硅晶棒再經過研磨，拋光，切片后，即成為制作集成電路和光伏電板的基本原料——硅晶圓片，這就是“硅晶圓”。

　　硅晶棒所切割出的晶圓中，品質較好的，稱為生產晶圓，更高級的稱為磊晶圓。生產晶圓及磊晶圓幾乎都集中在硅晶圓棒的中間部分。頭尾兩端所切出的晶圓，出現瑕疵的機會較大，通常用做非生產用途，稱為測試晶圓，測試晶圓通常送回工廠再加工成再生晶圓。

　　最后品質過關的硅晶圓送至晶圓廠內制造晶片電路，每塊硅晶圓上可翻制出數以百計的相同硅晶片。這些晶片電路再經封裝測試等程序，經過復雜的化學和電子過程處理后，其上布滿著多層精細的電子線路，便成為市面上一顆顆的集成電路。而如果要用在太陽能板上，可以整塊圓形晶圓直接拿來用，或者切割成較小的方塊。

　　不過在地球上，生產這種硅晶圓很難，直徑越大的難度越高，這可是高科技。在二十一世紀初，能夠量產的也就是直徑十二英寸（300毫米）的硅晶棒，最大的也不過十四英寸（360毫米）。因為它的生產要受到重力影響，直徑每提升一點，都要付出巨大的代價。但是在無重力的天空中，這一切都不再是問題。從理論上說，其直徑增長是無限的reads;。

　　而目前中國的技術，工廠中能夠長出的硅晶棒是250毫米（十英寸）的等級，實驗室中則可以生產300毫米晶圓，勉強能達到21世紀初的水平，在文德嗣看來，這是屬于非常初期的層次。最重要的是，價格還是很難讓人接受。

　　因此在通天橋的最后測試還未完城，中國半導體研究所的晶圓實驗室便奉命將一套完整的生產裝備裝入了一個貨倉中。當天宮一號建立完畢后，這個軌道晶圓實驗室便被發射上去，與天宮一號對接，開始軌道晶圓生長實驗。

　　軌道晶圓實驗室與其他工廠不同，長晶是需要重力的。雖然無重力也可以長晶，但這樣長出來的是“硅晶球”而不是“硅晶棒”，在加工上會有些麻煩，同時浪費也比較多。因此，軌道晶圓實驗室被接在一個轉軸上，與另一個生產實驗室的艙組遙遙相對，以電力驅動緩緩旋轉，是天宮一號中比較少的幾個重力實驗室。當然，旋轉速度經過調整，并不是全重力，而是僅僅只有百分之一到十分之一重力，0。01～0。1g的程度。這個實驗室的重力是可以很容易調整的，只要調整轉速就行了。軌道晶圓實驗室的工程師便是在這種情況下開始進行長晶實驗。

　　而他們最后得到的結果極為驚人，那是大大小小不同的硅晶棒，其中最大的為直徑兩米，長十二米，重達八十八噸的巨大硅晶棒。其實還可以做得更大的，只是設備沒那么大。這些硅晶棒除了少數送往成品實驗室外，其余被小心封裝好之后，裝入回返貨車送回地面的實驗室進行切割。當這批硅晶棒在地面一露面，所有人眼睛都直了。眾人都被這些個巨大的怪物雷到半響無語。

　　地面的晶圓實驗室很快地切割分析了這一批硅晶棒，結果發現，這批硅晶棒切出來的大部分都是高品質的磊晶圓，生產晶圓比例很少，而瑕疵品的測試晶圓幾乎找不到。再分析過軌道晶圓實驗室最后總結出來的流程與損耗后得出了結論。至少在硅晶提純與長晶方面，軌道晶圓實驗室的產品良品率比地面實驗室高十倍，成本則只有五分之一，因此效率是五十倍，再考慮低重力環境下四至五倍左右的生產速度，晶圓實驗室很快就得出了與光纖實驗室相同的結論：應盡快于軌道上建設軌道晶圓廠。而這時搞成品生產的那幫家伙也跳了出來說，軌道的環境使得集成電路和光伏電板的成本可以降低一半，良品率則增為原本的兩倍，總之同樣要求盡速將地面工廠遷往軌道上。

　　當然，文德嗣也很想，但問題是工廠不是說遷就遷的。遷廠本身還算快的，在地面把工廠設備安排封裝到貨倉中，再打上軌道去就好了。問題是工廠一打上去，接下來就要往上運送材料，并把成品運回地面來。但是現在的通天橋的電力卻是大大不足的，一天只夠跑六趟。

天宮一號的測試基地運轉半年后，再頑固的人也承認，必須加大現有的通天橋投射量。一天六次貨物投射，總計4320噸的貨倉，或者3960噸的貨物是遠遠不夠的reads;。是的，也許軌道上沒有太多的新造建筑需求，但是別的不說，光是目前投射的幾座軌道工廠群，其產能就受到材料限制。軸承滾珠也就罷了，這個數量多但是質量小，基本不太占運輸噸位。但是泡沫金屬和新型合金　　金這類東西在將最初的樣本送回地面分送各工廠測試后，現在全國的各種軍工廠全部要求大量供應，有多少要多少，甚至連民用企業特別是汽機車廠也打聽到消息來要求供應。

　　最初火箭組的主任工程師錢學森認為，可見的未來十八年中軌道上不會有2600萬噸的運輸量需求，因而對文德嗣對于收回成本的把握感到疑惑。現在他明白了，短期內確實可能不需要在軌道上建造2600萬噸的建筑體。但是僅僅是送上軌道來加工處理的材料，比如說泡沫金屬的制造，光是一天一班車，一年就有近二十四萬噸。而看各地工廠開過來的需求書，就是一年造2400萬噸他們也可全部吃下，他們恨不得把全部的鋼材都換成泡沫鋼。

　　至于那些新型合金就更不用說了，這可是文德嗣親自去了一趟太空，現場指導他們搞出來的。在制作時，文德嗣還一時技癢，在爐前親手操作，煉了幾爐新型合金出來。

　　還有就是之前搞出來的“銅龍”高能電池和鎢晶須裝甲。這鎢晶須在太空中的生長速度和質量也是遠超地球，而且成本和廢品率更是大幅度降低。而這個高能電池之所以還沒升級到“金龍”，就是因為地球上無法生產出滿足要求的鐵鈉合金。但是一旦進入太空，這些生產上的困難都不復存在了。

　　這些樣品被一一送回地球，在測試之后，專家們都瘋狂了，性能參數都是大幅度上升，從提高了幾倍、十幾倍甚至幾十倍不等，而廢品率也減低到了一個難以置信的程度，至于成本也是幾倍的降低。于是他們都紛紛要求搬家，把這些工廠全都搬到太空去！

　　是的，在通天橋建造之前，這些需求一個都不存在。但是當通天橋建完，天宮一號設立完畢，經過短期試驗后，立刻憑空生出一個巨大的市場與無數的需求。

　　更加不用說，還有制藥、化工、農學、生物等等各種領域的產品，這些東西都在一一測試，并都取得難以置信的成功。現在這些領域的專家們在測試了從天宮一號送回的樣品后，全都頭頂青天，狂喜亂舞了。紛紛要求把工廠搬到軌道上去。

　　而這么多的工廠，這么多的產品需求，這就需要很多的能源，準確的說就是電能。現在中國的這些太空軌道工程在發展上的最大限制有兩個，一個就是通天橋的運力，另一個就是能源。

　　前一個問題另說，暫且不提。先說說這個能源問題，因為太空不同于地球，這里的氧氣都是從地球送上來，或者依靠光合作用制取的，數量都有限，所以不適合建立火力發電站。這樣的環境自然也不適合建立水力、風力、潮汐、地熱等等性質的發電站。在這樣的特殊環境中，只有太陽能電站和核電站才適合。

　　核電站當然是最給力的，功率大，搞一座就夠很多設施使用了。原時空的歷史上，美蘇在冷戰時期就先后搞出了核動力衛星之類的玩意兒，事實證明這是可行的。但是這也有個問題，那就是成本太高了。雖然現在中國實用的第四代增值堆核電站，燃料利用率比第三代高一百多倍，運行成本是很低，但是電站本身的建設成本還是很高的。再怎么說，畢竟這也是帶有輻射危險的東西，光是在安全性的考慮上就比常規電廠嚴密多了，也貴多了。再說這是太空核電站，技術難度更是高于地面上的。

　　而在太空中，最廉價也最方便的能源就是太陽能了，而且由于太空中沒有大氣層的折射和反射，光能的利用率比地球高得多。太空中的太陽能電池板沒有大氣層的阻隔，沒有塵埃、云層等物體的干擾，它接受太陽光的強度是地球上的八到十倍，而且更清潔。

　　其次，解決了地面太陽能發電所難以避免的發電間斷和穩定性差的問題。而地面太陽能由于受到地球自轉的影響，一天能發電的時間只有不到十二個小時，而且還因為不同時間的光照強度不同，一天中發電強度也不穩定，這也是地面上光伏電站難以大量推廣的原因。而太空中的太陽能發電所就完全不受這些因素影響，它可以24小時持續不斷地接收陽光，并且不會有什么光照強度變化，可以持續而穩定的發電。同樣一塊光伏電板，在太空中的發電量至少是地球的二十倍以上。

　　更重要的是，核電站成本再怎么低，也還是需要添加核燃料的，哪怕到了聚變階段，也同樣如此。而太陽能電站就完全不需要考慮燃料問題，軌道光伏電站一旦完成開始供電，那是不需要燃料成本的。雖然主體架構也會有壽期成本，但一來太空的真空環境中沒有風吹雨打，鋼鐵結構壽命長的多。二來就算是在地面上建立核電站，那核電站照樣有主體壽命成本的。

　　由于具有核電站無法比擬的安全、清潔和便宜這些優點，所以文德嗣在一開始就把軌道光伏電站作為重點建設項目。

　　這個軌道光伏電站除了為那些太空工廠提供能源之外，還有一個重要用途就是為通天橋本身供電。

　　而現在通天橋的最大問題就是運力限制，它現在的狀態是無法滿足這么多巨大的運量需求，它只能每三個半小時發一班貨車，或者每三小時發一班客車。這倒不是本身運力設計有什么問題，而是能源不夠。它附帶的那兩座核電站就只能提供這樣的輸出，而安西省乃至于新疆省的電網雖然可以供應一部分，但是不但成本較高，數量也非常有限。畢竟西部民間電網是以供應本地民用與工商業電力設計，并沒有太多的額外輸出，頂多只能提供相當于懸圃核電站三成的額外電量而已。

　　如果能獲得足夠的電力供應，通天橋系統的發車數量基本不會受太多限制。每八到十分鐘發一班車都不成問題。當然，如此天宮一號的中轉站必須擴大以對應中轉需求就是了reads;。

　　既然西部電網不能提供太多電力，那就只剩建造新的電廠一途了。其一是建造新的核電站，但這不但成本比較高，同時也有種種顧慮。難道要在懸圃基地周圍建造五六座乃至于十多座核電站嗎？適當的再增加一些可以，但也不能太多，哪怕不說成本，也要考慮到戰略安全問題。

　　經過分析研究后，眾人決定，以能夠增加通天橋運量的產業優先送上軌道。這就是軌道發電站所需的的材料生產。作為主集電器的光電板（即光電硅晶圓），作為主體結構的泡沫鋼，作為控制線路的光纖束等。這些相關材料的軌道工廠都需要優先發射建立，如此才能盡快完成軌道光伏電站，從而為通天橋本身提供更多的電力，增加其投射速度。

　　因此從1938年下半年開始，文德嗣開始將相關的一些工廠逐漸搬到軌道上去。同時除了從地面搬來設備工廠外，也開始使用軌道泡沫鋼廠生產出來的鋼架鋼板開始實驗直接在太空建造太空構造物。這是未來建立大型軌道光伏電站的基礎。

　　至于太空電站怎么把電能傳輸到地面，這就是采用微波送電了，而且在太空中也是同樣如此。軌道光伏電站會把太陽能就在衛星上轉換成含有能量的電磁波，即特定波段的微波，再集束之后發射到遠處的接收裝置上。

　　這個理論最早是特斯拉提出的，特斯拉來到中國之后，就主攻這個微波送電技術。1926年5月，特斯拉為首的中國科研人員就已跨越了太空太陽能發電技術的一個重要門檻，他們在南洋兩座相距200公里的海島上，成功實現了微波級能量的無線遠距傳輸，這個距離相當于從太空軌道傳送能量到地面所要穿透的大氣層厚度。

　　近些年來，與太空太陽能發電技術有關的其他多種技術也取得了重大進展。大約十年前，光電效率（即光能轉換成電能的轉換率）只有15左右，而現在已經能達到40。衛星技術也得到了改進，其中的全自動計算機系統以及先進的輕質建材也取得了飛躍性的進步。所以相關技術在前幾年就已經成熟了，只是礙于運力而無法實施，通天橋建成之后，這個項目就被作為了重點之一。