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10月5日消息，據(jù)space.com報道，英國一家初創(chuàng)公司正準備向太空發(fā)射一顆衛(wèi)星，該衛(wèi)星將在太空制造可用于地球上電子設備的新型半導體材料。

今年1月，維珍軌道公司的LauncherOne火箭在英國康沃爾發(fā)射失敗，Space Forge公司失去了他們的第一顆實驗衛(wèi)星。Space Forge首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Josh Western表示，他們的新衛(wèi)星ForgeStar-1將于今年年底或2024年初運往美國進行發(fā)射。

Space Forge最近與美國航空航天巨頭諾斯羅普·格魯曼（Northrop Grumman）公司簽署了一項合作協(xié)議，提供在太空制造的半導體襯底，諾斯羅普公司可以在其鑄造廠進一步開發(fā)。

太空制造半導體有何優(yōu)勢？

Western表示，太空的真空和微重力條件可以使全新的半導體材料得到更有效的開發(fā)。“生產(chǎn)化合物半導體生長是一個非常激烈和緩慢的過程，它們實際上是從原子級別開始生長。” “因此，重力對其有著深遠的影響，基本上改變了這些原子之間的鍵。在太空中，你能夠克服這個障礙，因為太空中幾乎沒有重力。”

此外，太空還提供了一個完美的真空，這是保護敏感材料免受污染所必需的。在地球上的工廠里，這種真空必須由復雜、耗電的工業(yè)設備制造。

Western補充道，太空為幾乎任何材料提供了更好的制造基礎。“通過微重力、高純度真空（不需要多級泵）的組合，進入太空可以實現(xiàn)大約十億種新的合金組合，并獲得-260℃到260℃的極端溫度，可以使研究人員制造出“比地球上的半導體效率高10到100倍”的半導體。

“我們Space Forge關注的應用實際上是在先進材料領域。”Western說：“這使我們能夠開發(fā)新型半導體，新型復合材料，通過提高熱容量和功率處理能力，可以在性能方面超越最先進的技術約100倍。

對于此次Space Forge與諾斯羅普·格魯曼合作的項目，據(jù)了解，即將發(fā)射的ForgeStar-1衛(wèi)星將包含一個小型自動化化學實驗室，一旦衛(wèi)星進入軌道，該團隊將能夠遠程混合各種化合物并開發(fā)新的半導體合金。但是，F(xiàn)orgeStar-1并不能主動將這些材料送回地球，而是將這些實驗的結果以數(shù)字方式發(fā)送給科學家，因為這顆衛(wèi)星的設計并不包括主動返回地球的能力。

但Western表示，該公司后續(xù)的任務將是推出可在穿越大氣層的返回中幸存下來的衛(wèi)星，并將其產(chǎn)品帶回地球。該公司不會只專注于半導體制造領域的探索，而是將利用他們的衛(wèi)星來探索其他工業(yè)過程。Western說，第一顆可返回的衛(wèi)星可能在兩三年后發(fā)射。

根據(jù)市場數(shù)據(jù)顯示，目前全球半導體產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模超過5000億美元，預計到2030年規(guī)模將翻一番。

Space Forge在一份電子郵件聲明中表示：“這一增長預計需要對高端先進晶圓制造材料、設備和服務進行投資。”。“太空制造提供了獨特的優(yōu)勢，如微重力和真空條件，可以創(chuàng)造出與地球上制造的半導體相比性能優(yōu)越、缺陷減少的半導體。”

雖然在太空可以制造出更純凈和更高效的半導體，但是衛(wèi)星來回往返的成本也是極為高昂的。不過，Western解釋稱：“一旦我們在太空中制造出這些晶體，我們就可以把它們帶回地面，我們可以有效地在地球上復制這種生長過程。因此，我們不需要無數(shù)次地前往太空，就能與我們的合作伙伴和地面客戶建立起相當不錯的運營規(guī)模。”

資料顯示，Space Forge成立于2018年，擁有全球唯一的專用可重復發(fā)射超級材料制造衛(wèi)星ForgeStar系列，具有軟著落和高精度著陸能力。與競爭對手使用的傳統(tǒng)燒蝕膠囊相比，這項專利技術對有效載荷返回的保護能力更強。ForgeStar是一種小型飛行器，可在軌道上部署長達六個月，最初將專注于半導體、合金和生物材料的生產(chǎn)。為美國客戶提供的 ForgeStar衛(wèi)星和有效載荷都將在美國的新工廠生產(chǎn)。

美國NASA與中國科學院均早已開始布局

需要指出的是，Space Forge與美國航空航天巨頭諾斯羅普·格魯曼的這個合作項目，并不是第一個計劃太空制造半導體材料的項目。此前，由美國“芯片法案”和美國宇航局NASA的 In Space Production Applications資助的一個研究項目也在研究在太空制造半導體。

據(jù)介紹，該項目的首席研究員是NASA高級材料工程師CurtisHill，他領導團隊利用太空失重環(huán)境下簡化了半導體制造過程中的蝕刻步驟。

△一名研究人員在太空中設置實驗設備，以了解微重力釬焊合金的影響。

該項目研究人員表示，在地球環(huán)境下，由于要補償來自重力的壓力，半導體芯片薄膜材料層通常比較厚，因此需要進行蝕刻；而在太空失重環(huán)境下，可以在太空中使用更薄的薄膜層，從而在制造過程中形成足夠深的溝槽，從而可以繞過蝕刻步驟。

值得一提的是，中國在太空制造技術領域也早有布局。中國科學院早在2017年開始，就已經(jīng)正式成立了太空制造技術重點實驗室，依托中國科學院空間應用工程與技術中心開展太空制造技術的相關研究。

審核編輯 黃宇