空間資源與微重力材料科學
20世紀人類最偉大的創舉之一是開拓了“空間”這一人類活動的新領域。1957年10月4日，前蘇聯成功地發射了第一顆人造地球衛星，首次擺脫地球引力場的束縛，衝破大氣層的阻礙，實現了飛天的夢想。1961年4月12日，前蘇聯宇航員尤裏·加加林乘“東方1號”宇宙飛船成功地進入太空軌道，開創了載人航天的新紀元。1969年7月21日，美國宇航員阿姆斯特朗走出“阿波羅11號”飛船的登月艙，成為人類踏上月球的第一人。隨著空間科學的飛速發展，為人類增添了大量新知識，同時也改變了過去基於地麵研究所形成的許多傳統觀念，使空間這一特殊環境，如微重力、輻射、超淨和超高真空等，都成為人類社會的寶貴財富。空間資源是全人類的共同財富，40多年來，人們一直致力於利用空間資源為人類服務的研究，微重力材料科學便是空間科學中重要的研究領域之一。
通常，將一個物體圍繞地球進行軌道飛行，重力與離心力相平衡時出現的狀態稱為微重力狀態。人們對微重力概念有個長期認識的過程。最初，人們認為物體圍繞地球進行軌道飛行時達到了無重力或零重力狀態。其實，飛行器在空間並不能達到真正的零重力狀態，飛行器姿態的調整，儀器設備的運行，任何微細機械擾動都將造成重力加速度的改變，總有某種幹擾因素導致“微小重力”的存在，不可能出現絕對的零重力環境，因此，稱其為“微重力”環境更為確切些。
目前已經組裝成形的國際空間站有16個國家參與，備有美國、歐洲和俄羅斯等實驗艙，可以進行多種科學實驗。它所提供的重量、功耗及其他條件，基本滿足了開展微重力科學研究的需要。空間微重力水平因飛行器的種類不同存在差異，一般無人飛行器的微重力水平較有人飛行器高一到二個數量級。由於國際空間站的實驗平台采用了多項減震措施，減少了重力跳動的幹擾，艙內可以達到的微重力水平約為10-4～10-6g（g是在地球上的標準重力加速度），即為地球重力的萬分之一至百萬分之一。
在空間微重力環境下材料都會有哪些特殊的表現呢？我們知道，地麵上流體中的粒子會發生沉降，而密度不同的兩種流體也要發生浮起與沉降現象。以水和油的混合物為例，在地麵重力場中，油總是浮在上麵，而水總是沉降在底部。而在空間微重力條件下，水和油、乃至多種比重不同的物質都可以在一起均勻混合、“和平共處”，幾乎沒有地麵上的對流、沉澱和靜水壓等效應，這對改進材料的製備加工工藝和新材料的開發都十分有利。
1969年，前蘇聯在“聯盟-6號”飛船上首次搭載了名為“火神”的空間爐，進行了金屬焊接和合金熔化、結晶實驗，是空間材料科學真正上天實驗的開始。從材料研究的角度，微重力環境是一個幾乎無對流、無沉降和無靜水壓作用的特殊環境。利用這種特殊條件，可以進行晶體生長、合金凝固、陶瓷燒結、特種玻璃和複合材料製備研究，獲得地麵上無法得到的晶格缺陷少、組分均勻、結構完整和性能優良的各類材料。同時，加深對材料科學相關規律的認識和理解，發現可適用於指導地麵材料加工過程的新工藝、新方法，為形成新的高技術產業提供依據。微重力科學研究是以開發空間資源為背景的，長遠地看，人們有可能建立起一定規模產業，生產急需而地麵無法得到的產品，但在可預見的未來，人們更加關注的是如何用微重力科學研究成果來指導地麵生產工藝。