【科技之光】广袤太空人类的下一个新工厂

  自1957年首颗人造地球卫星升空以来，人类探索宇宙的步履不曾停歇。目前人类不但已经登上了月球，还将探测器送入了火星。

  探索宇宙，离不开资金的支持：据美国太空行业组织——太空基金会发布报告称，全球太空经济在2022年增长了8%，达到5460亿美元，预计未来五年将再增长41%。另据欧洲咨询公司发布的《太空经济报告2022》显示，2022年全球太空经济总额达4640亿美元，较上一年度增长8%。

  诚然，现在太空已经发挥出了巨大的经济价值：通信、导航、遥感等信息服务，目前依然是太空经济的主要形态。未来的6G网络，就将和太空卫星基站密不可分。与此同时，“太空旅游”也不再是科幻小说里的名词。

  据中国新闻网，就在本月10日，太空旅游公司维珍银河的商业载人太空旅行“Galactic 02”任务完成，这也是该公司首次将私人游客送往太空。与以往的飞行不同，这次飞行搭载了三名私人乘客。

  那么这一趟太空之旅，要多少钱呢？维珍银河目前有大约800人在等待乘坐他们的飞船，体验一次难忘的太空之旅。每位乘客需要支付45万美元（约合人民币322万元），整个旅程时长90分钟。

  目前看来，能够有机会遨游太空，只是极少数人的专利，有没什么办法，能够让太空为更多的人类造福呢？有！“太空制造”现在慢慢的变成了一个概念。将来我们用的药品或者芯片，可能就来自浩瀚的太空。

  太空制造听起来还像是科幻小说，但它已经在发生，尽管规模很小。这是一个刚刚起步的市场，分析师和几家初创公司都预测它将会腾飞。

  太空为研发提供了一个独特的环境，因为其较高的辐射水平、微重力和近乎真空的状态，使公司能够研发出地球上没办法实现的新制造方法或材料。

  麦肯锡合伙人罗曾科普夫（Ilan Rozenkopf）说：“如果你从制药、半导体、美容和保健产品以及潜在的食品（如新作物）的角度来看，我们估计到2030年的某个时候，市场规模将超过100亿美元，这取决于市场成熟的速度”。

  这种做法并不新鲜。国际空间站已经接待了来自学术界、政府机构和商业客户的多项实验，如培育人体组织、制造更纯净的半导体、以及开发新的或更好的药物。在2024财年预算中，美国政府甚至为美国国家航空航天局预留了500万美元，用于在国际空间站上开展癌症相关研究。

  但是，进入国际空间站的竞争一直很激烈，人们对它的兴趣也在一直增长。现在，几家太空初创公司看到了利用紧凑型太空工厂满足太空制造需求的机会。

  南加州的瓦尔达（Varda）太空工业公司就是这里面之一。该公司的使命是利用太空的独特性质，帮助制药公司改进药物或开发新的药物疗法，然后将这些材料送回地球。该公司开发了一个能安装在太空舱的自动化药物实验室。这个太空舱最宽的地方有91厘米，看起来就像是将人类从国际空间站送回地球的锥形返回舱的缩小版。

  该公司商业前景的关键是一种被称为“蛋白质结晶”的现象：当过饱和的蛋白质溶液被蒸发形成固体时，科学家就可以研究蛋白质的结构。而了解蛋白质的晶体结构，能够在一定程度上帮助科学家更好地了解疾病机制、确定药物靶点并优化药物设计。想想那些副作用更小、更有效或能承受更多条件（如无需冷藏）的药物。

  多年的研究表明，太空中生长的蛋白质晶体比地球上生长的蛋白质晶体质量要高得多。一篇发表在美国化学会出版物（ACS Publications）的论文显示，在大多数情况下，在太空中生长的晶体在多种指标上都比地面同类晶体更好：更大、结构更好、更均匀。

  有研究表明，地面模拟微重力实验室成本极高，且最多只能达到太空70%无重力状态。在太空失重环境下利用电泳技术生产的血浆蛋白效率比地面高700多倍；利用电波法制药的纯度比地面上高10倍以上。

  目前的计划并不是在外太空制造整个药物，而只是制造所谓的主要活性药物成分，或者说负责药物治疗效果的部分。在过去的几十年里，蛋白质晶体生长实验是国际空间站轨道实验室做的最大的单一类别实验。

  2017 年，默克在国际空间站执行了一项任务，探索其重磅抗癌药物 Keytruda（“可瑞达”，帕博利珠单抗注射液，俗称K药）在微重力下的晶体特性。结果显示，微重力下的K药结晶可重复地形成单峰粒径分布，不同于传统条件下形成的双峰粒径分布，如此变化使患者的正确给药变得容易：无需前往专业的医疗机构，病人能自行注射。

  瓦尔达联合创始人兼总裁阿斯帕鲁霍夫说：“你不会看见我们制造青霉素或布洛芬或这类非常普通的大众消费目标，因需要制造的晶体数量远远超出了我们目前的能力。但是，有许多药物每年的收入高达数十亿美元，这些药物的生产规模都能满足我们目前的生产设施。”

  确实，一些药物的真正有效成分的质量非常有限。按照阿斯帕鲁霍夫说法，在2021年和2022年，美国使用了数亿剂辉瑞Covid疫苗，但其中主要有效成分——结晶mRNA的实际消耗总量，实际上还不到两个牛奶加仑壶。这一特点也使得公司太空制造药物的价值能够覆盖航天成本并赚取利润。

  瓦尔达在太空制造的首个产品是利托那韦，一款用于控制艾滋病毒感染的蛋白酶抑制剂。今年6月12日，Varda的迷你工厂已经搭乘SpaceX 猎鹰9号火箭升空，计划在空中进行有关的药物实验。目前，首次太空制药过程已完成，从航天器下载的多个方面数据显示一切进展顺利。

  不过，也有人从技术和经济角度做多元化的分析，表示Varda的太空制药计划过于乐观。哈佛大学的Corin Wagen的担忧是，与遵循结构生物学原理的蛋白质相比，微重力下小分子结晶方面所做的工作很少，有极大几率会出现意想不到的问题。此外，微重力结晶的表现是否明显优于地球上的结晶，这样的一个问题也没有定论。

  太空制造，不单单是药物：在大西洋彼岸的威尔士加的夫，太空锻造公司（Space Forge）正在设计自己的太空工厂，以生产下一代半导体。该公司的目标是使用硅以外的材料制造半导体基板，从而制造出更高效、性能更高的芯片。

  该公司美国业务总经理帕洛克（Andrew Parlock）说：“下一代材料将让我们创造出前所未有的效率。半导体性能提高10到100倍”。

  就像制药一样，实现半导体性能提升的秘诀在于在太空中制造完美的晶体。这类先进芯片对5G和电动汽车等行业很重要。与瓦尔达公司类似，Space Forge公司也计划只在太空中制造部分芯片。

  该公司首席执行官兼联合创始人韦斯特（Josh Western）说：“一旦我们在太空中制造出这些晶体，我们就可以把它们带回地面，我们大家可以有效地在地球上复制这种生长过程。因此，我们不需要无数次地前往太空，就能与我们的合作伙伴和地面客户建立起十分好的运营规模。”

  中国在太空制造技术领域同样取得了突出的技术成果。据上观新闻，中国科学院2017年正式成立了太空制造技术重点实验室，依托中国科学院空间应用工程与技术中心开展太空制造技术的相关研究。

  不论是美国还是中国的太空制造研究项目，都还处于早期技术探索和演示验证阶段。距离投入真正意义上的实际应用，大概还有5~10年的时间。但我们有理由相信，随技术的进步，太空将成为一片能带来经济效益的全新乐土。