瞄准星辰大海，中国研发千米级超大型航天器
8月，国家自然科学基金委发布“十四五”第一批重大项目指南，拟资助项目涵盖数学物理、化学、生命、地球、工程与材料、信息、管理、医学、交叉等九大领域，每个项目都是重量级别。
其中，位列数学理科第一项的“超大型航天结构空间组装动力学与控制”项目尤为令人兴奋，国外多家自然科学网站争相报道。
该项目瞄准尺寸达千米量级的超大型航天器，计划在未来五年开展关于超大型航天器的前瞻性研究。这听起来像是科幻小说，但美国宇航局前首席技术专家梅森·佩克说，这个想法并不完全不合时宜，挑战更多的是工程学而不是基础科学，人类的基础科学已支持这个计划。如果这个项目获得资助，可行性研究将持续五年，预算为1500万元人民币（合230万美元）。
尺寸达千米量级的超大型航天器是未来空间资源利用、宇宙奥秘探索、长期在轨居住的重大战略性航天装备，需通过结构模块化设计、多次发射、空间组装的方式进行建造。虽然国际空间站和中国空间站都是采用结构模块化设计、多次发射、空间组装的方式建成，但是尺度上远远小于超大型航天器。
那么建造如此大的一个空间会面临哪些问题呢？
首先，第一个最大的挑战将是资金问题，因为向太空发射物体和材料的成本很高。国际空间站（ISS）的建造成本约为1600亿美元，中国空间站完成时，预计会花费超过400亿美元。建造一个太空舱将宇航员带到空间站的预算为30亿美元。因此，建造更大空间站，那就烧钱了，即使是最富有的国家，太空预算也会有压力。
因此，解决这个问题就需要改进建筑技术，降低将一艘超大宇宙飞船送入太空的成本。建造空间站的传统方法是在地球上制造组件，然后在空间轨道上组装它们，但3D打印技术有可能在太空中进行，将紧凑的原材料转化为空间中尺寸大得多的结构部件。
另一个更有吸引力的选择是从月球采购原材料，因为月球的重力比地球低，这意味着从月球表面发射到太空的材料要容易得多。不过，这首先需要在月球上发射基础设施，因此短期内无法实现。
其次，如此庞大的航天器也将面临独特的科学问题。
每当航天器受到力的影响时，就会导致飞船振动和弯曲。当飞船在轨道上与另一个航天器对接时，震动都会向宇宙飞船的结构传递能量，对于尺寸达千米量级的超大型航天器，振动需要很长时间才能消退，因此航天器可能需要减震器或主动控制来抵消这些振动。
设计者在决定航天器应该在什么高度飞行时，也必须做出谨慎的权衡。在低空，从外层大气中拖出会减慢飞行器的速度，要求它们不断提升自己回到稳定的轨道。对于一个更大的航天器来说，这将是一个主要问题。另一方面，如果将航天器发射到更高的宇宙空间，没有地球磁场保护，辐射水平在离地球大气层越远的地方迅速增加，这也将是一个问题。
虽然，建造这种尺寸达千米量级的超大型航天器技术上是可能的，但实际意义并不是很现实。该研究项目的预算仅有1500万元人民币，因此可能只是一项小型的学术研究，绘制出此类项目的最早轮廓，并找出技术差距。
这么大的航天器将用于什么用途呢？
首先，可能用于太空发电。中国空间技术研究院（CAST）的研究人员已经为开发天基太阳能（SSP）奠定了实验基础，即在空间轨道上建造巨大的太阳能电池阵列，并通过微波束将电力传回地球，满足全世界电力需求，这是一个特别具有未来感的愿景。
虽然目前而言这个项目的经济性并不高，来自太空的电能每瓦成本估计为1000美元，而地球上太阳能电池板产生的电能每瓦成本仅为2美元。尽管如此，CAST一直在对SSP所需的技术进行小规模测试，将能量利用微波从卫星传输到地球基站。
其次，有望建造太空电梯。虽然太空电梯长期以来只是科幻小说的中一个概念，但是近几年，碳纳米管、石墨烯、钻石纳米丝和其他超材料的发展，世界各地的空间机构和建筑公司一直在重新审视这一概念，它变成现实那一天也不会遥远。
随着人类对太空的探索，不断超越地球轨道，空间内制造和组装大型空间结构对于人类的可持续探索至关重要，总有一天，科幻变成现实。
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