在太空轨道上制造光学材料

来源：滚动播报

（来源：中国航空报）

　　从光纤电缆到超大规模数据中心内部的芯片，承载着全球数据的材料在制造精度方面都面临着天然的限制。

　　迄今为止，制造过程始终在重力环境下进行，而重力会引入微小但影响深远的缺陷。旅行者技术公司（Voyager Technologies）认为，在无重力的太空环境中制造这些材料，可以生产出纯度更高的光学晶体。该公司现已获得一项在太空轨道上进行此类制造的专利。这项新获得的专利涵盖了一种太空制造方法，该方法利用太空的微重力环境，生长出比地球重力环境下更大、更均匀的晶体。

　　这些晶体构成了现代光通信的基石，能够以最小的损耗或失真，在数据中心、光纤网络和新兴的天基系统中传输光信号。

重力为何限制光学晶体的性能？

　　该概念的核心在于一个简单的物理限制。在地球上，重力会干扰晶体的生长。晶体形成过程中，对流、沉降以及与容器壁的接触都会在原子层面引入缺陷。即使是微小的缺陷也会降低光在传输海量数据时的性能，尤其是在人工智能工作负载和云计算所需的高速和高带宽环境下。

　　微重力改变了这一局面。在轨道上，由于没有浮力驱动的对流，原子可以形成更均匀的结构，从而产生缺陷更少、光学性质更一致的晶体。

　　旅行者技术公司的专利工艺正是利用了这种环境：在地面操作过程中防止晶体形成，保持所有晶种材料持续运动，并且仅在制造有效载荷到达微重力环境后才启动晶体生长。

　　据该公司称，最终成果是能够精确调谐至特定波长的光学晶体。通过仅产生所需的信号波段并消除不必要的频谱伪影，这种材料能够在高带宽光系统中实现更清晰的传输、更高的信号稳定性和更低的误码率。

　　旅行者技术公司董事长兼首席执行官Dylan Taylor表示：“光网络依赖于由材料科学所能达到的完美晶体结构制成的光纤，超纯、波长可控的晶体是实现更快、更清晰、更可靠的光通信的基础，无论是在地面数据中心还是在轨道网络中。”

太空制造如何重塑地球上的光通信

　　虽然制造过程在轨道上进行，但其预期影响却牢牢扎根于地球。高性能光学材料几乎支撑着数字经济的方方面面，从长途光纤网络和超大规模数据中心到先进传感器和空间通信终端。

　　该专利反映了航天和材料科学界对利用近地轨道进行生产先进材料日益浓厚的兴趣。

　　半导体、光学晶体和其他先进材料正日益被视为高价值、低质量的产品，非常适合在轨道上进行制造。轨道上独特的物理条件可以令性能提升，从而抵消发射和返回的成本。

　　旅行者技术公司的工作与近期轨道半导体研究的成果相呼应，后者已证明微重力可以减少用于电力电子、通信和计算的宽带隙材料的缺陷。在这两种情况下，目标都不是取代地球上的制造，而是通过在太空生产专用材料或种子组件来增强现有制造能力，这些材料或组件随后可以规模化生产并集成到现有的地面供应链中。

在国际空间站上测试轨道晶体制造

　　旅行者技术公司计划于2026年春季在国际空间站上进行在轨演示，以验证其专利工艺。此次飞行将在国际空间站实验室的资助下进行，这将使该公司能够观察晶体在长期微重力环境下的生长行为，并分析返回样品的性能。

　　如果实验成功，这项实验将标志着先进光学材料在轨道上常规制造又向前迈进了一步。此前，这一领域的研究主要局限于政府主导的载人平台上的研究。

微重力为何能促进更纯净的光学晶体生长？

　　微重力的技术优势在于它能够抑制地球上破坏晶体形成的物理过程。没有重力驱动的流动，原子排列更加可预测。没有沉降，杂质就不太可能聚集在特定区域。而且，在生长过程中没有与容器壁接触，结构缺陷也会减少。

　　对于光通信而言，这些改进直接转化为性能提升。更纯净的晶体意味着更低的信号衰减、更精确的波长控制以及在高数据负载下更强的稳定性，随着网络需要支持人工智能训练、云服务和实时数据处理，这些特性变得日益重要。

　　随着全球对带宽的需求持续增长，承载数据的材料质量变得与驱动系统本身的电子元件同等重要。

太空轨道制造的商业价值日益凸显

　　旅行者技术公司的专利进一步证实了近地轨道可能成为先进制造业的延伸，而不仅仅是一个小众的研究环境。随着发射成本的下降和在轨操作的日益常规化，各公司正越来越多地探索如何利用太空来生产那些在地球上难以生产或生产效率低下的材料。

　　对于光通信而言，其性能裕度以原子尺度衡量，因此轨道制造的吸引力显而易见。如今的挑战在于如何证明轨道制造能够可靠地重复进行、经济高效地整合并安全地扩展规模。

　　旅行者技术公司即将进行的国际空间站实验将对这一假设进行早期检验，并有助于确定太空生长的晶体是否能从实验室的奇观转变为支撑现代生活的数字基础设施的关键技术。（逸文）