中国正在策划研究如何建造长达1公里的超大型航天器。
该项目是中国国家自然科学基金委员会(由中国科技部管理的资助机构)广泛征集研究提案的一部分。该基金会网站上发布的一份研究大纲将如此巨大的宇宙飞船描述为“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。
但是这个想法的可行性如何?
“超大型航天器结构重量和尺寸巨大,无法通过单次火箭发射和入轨展开方式构建,需通过结构模块化设计、多次发射和空间组装的方式进行建造;其次,超大型航天结构组装过程中,结构的超大尺度效应和构型变化效应与空间环境效应作用相耦合,将带来极其复杂的耦合动力学现象。这对超大型航天器的动力学设计提出了两方面的要求:一是结构的轻量化设计,以最大程度减少发射次数,降低建设成本;二是结构的可控性设计,以有效抑制组装过程中组合体轨道与姿态漂移、控制结构变形与振动。”
该基金会希望科学家们研究新的、轻量化的设计方法,以限制必须被送入轨道的建筑材料的数量,以及在太空中安全组装如此庞大结构的新技术。如果获得资助,可行性研究将持续五年,预算为1500万元人民币。
该项目认为这是一个迫切需求。
“瞄准超大型航天结构在轨组装建造的迫切需求,将航天动力学的三大研究对象“轨道”、“姿态”和“结构”进一步融合,并与“控制”学科深度交叉,推动航天器耦合动力学与控制研究方向的发展,为超大型空间基础设施的建造奠定理论和技术基础。”
您可以在http://nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab442/info81561.htm附件1找到它。
该项目可能听起来像科幻小说,但前美国宇航局首席技术专家梅森佩克表示,这个想法并非完全脱离现实,挑战更多是工程问题,而不是基础科学。
梅森佩克指出,到目前为止,最大的挑战是钱,因为将物体和材料发射到太空需要巨大的成本。国际空间站仅110米宽,建造成本约为1000亿美元,因此建造10倍大的东西最重要的是钱。
不过,很大程度上取决于中国计划建造什么样的结构。国际空间站装满了昂贵的科学设备,如果只是长而不贵重的东西,那就是另一回事了。
佩克说结构是个挑战,每当航天器受到力时,无论是在轨道上机动还是与另一辆飞船对接,这种运动都会将能量传递给航天器的结构,使其振动和弯曲。他说,对于如此大的结构,这些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。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校航空航天工程教授迈克尔·莱姆贝克说,虽然建造这样的结构在技术上可能在技术上可行,但在实际意义上不可行,他曾参与政府和商业太空计划。
“考虑到成本,考虑到成本,这太不可思议了,不可行,很有趣,但对于我们的技术水平来说不太现实,”他说。
如此巨大的航天器有什么用途?
也有人质疑这么大的航天器将用于什么。莱姆贝克说,可能性包括利用微重力和丰富的太阳能来建造半导体和光学设备等高价值产品的太空制造设施,或用于外星生活的长期栖息地。但两者都需要巨大的维护成本。
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