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10月5日消息，據(jù)space.com報(bào)道，英國一家初創(chuàng)公司正準(zhǔn)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(shè)備的新型半導(dǎo)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(shí)驗(yàn)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(yùn)往美國進(jìn)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(xiàng)合作協(xié)議，提供在太空制造的半導(dǎo)體襯底，諾斯羅普公司可以在其鑄造廠進(jìn)一步開發(fā)。

太空制造半導(dǎo)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(dǎo)體材料得到更有效的開發(fā)。“生產(chǎn)化合物半導(dǎo)體生長是一個(gè)非常激烈和緩慢的過程，它們實(shí)際上是從原子級別開始生長?！?“因此，重力對其有著深遠(yuǎn)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(gè)障礙，因?yàn)樘罩袔缀鯖]有重力?！?/p>

此外，太空還提供了一個(gè)完美的真空，這是保護(hù)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(fù)雜、耗電的工業(yè)設(shè)備制造。

Western補(bǔ)充道，太空為幾乎任何材料提供了更好的制造基礎(chǔ)?！巴ㄟ^微重力、高純度真空（不需要多級泵）的組合，進(jìn)入太空可以實(shí)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(dǎo)體效率高10到100倍”的半導(dǎo)體。

“我們Space Forge關(guān)注的應(yīng)用實(shí)際上是在先進(jìn)材料領(lǐng)域?！盬estern說：“這使我們能夠開發(fā)新型半導(dǎo)體，新型復(fù)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(jìn)的技術(shù)約100倍。

對于此次Space Forge與諾斯羅普·格魯曼合作的項(xiàng)目，據(jù)了解，即將發(fā)射的ForgeStar-1衛(wèi)星將包含一個(gè)小型自動化化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，一旦衛(wèi)星進(jìn)入軌道，該團(tuán)隊(duì)將能夠遠(yuǎn)程混合各種化合物并開發(fā)新的半導(dǎo)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(shí)驗(yàn)的結(jié)果以數(shù)字方式發(fā)送給科學(xué)家，因?yàn)檫@顆衛(wèi)星的設(shè)計(jì)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(wù)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(dǎo)體制造領(lǐng)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模超過5000億美元，預(yù)計(jì)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(yù)計(jì)需要對高端先進(jìn)晶圓制造材料、設(shè)備和服務(wù)進(jìn)行投資?！薄！疤罩圃焯峁┝霜?dú)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(dǎo)體相比性能優(yōu)越、缺陷減少的半導(dǎo)體?！?/p>

雖然在太空可以制造出更純凈和更高效的半導(dǎo)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(fù)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(dāng)不錯(cuò)的運(yùn)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(fù)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(xiàng)專利技術(shù)對有效載荷返回的保護(hù)能力更強(qiáng)。ForgeStar是一種小型飛行器，可在軌道上部署長達(dá)六個(gè)月，最初將專注于半導(dǎo)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(xué)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(gè)合作項(xiàng)目，并不是第一個(gè)計(jì)劃太空制造半導(dǎo)體材料的項(xiàng)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(gè)研究項(xiàng)目也在研究在太空制造半導(dǎo)體。

據(jù)介紹，該項(xiàng)目的首席研究員是NASA高級材料工程師CurtisHill，他領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)利用太空失重環(huán)境下簡化了半導(dǎo)體制造過程中的蝕刻步驟。

△一名研究人員在太空中設(shè)置實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以了解微重力釬焊合金的影響。

該項(xiàng)目研究人員表示，在地球環(huán)境下，由于要補(bǔ)償來自重力的壓力，半導(dǎo)體芯片薄膜材料層通常比較厚，因此需要進(jìn)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(shù)領(lǐng)域也早有布局。中國科學(xué)院早在2017年開始，就已經(jīng)正式成立了太空制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，依托中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心開展太空制造技術(shù)的相關(guān)研究。

審核編輯 黃宇