【消費(fèi)電子實(shí)驗(yàn)室-2021/9/9】在國家自然科學(xué)基金委員會(huì)近日發(fā)布的“十四五”第一批重大項(xiàng)目指南中，有個(gè)項(xiàng)目內(nèi)容特別引人關(guān)注——“超大型航天結(jié)構(gòu)空間組裝動(dòng)力學(xué)與控制”。很多網(wǎng)友將其解讀為“中國正在研發(fā)千米級超大型航天器”。那么這個(gè)超級航天器有什么用呢？

相關(guān)文件顯示，尺寸達(dá)千米量級的超大型航天器是未來空間資源利用、宇宙奧秘探索、長期在軌居住的重大戰(zhàn)略性航天裝備，需通過結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)、多次發(fā)射、空間組裝的方式進(jìn)行建造，并解決極其復(fù)雜的耦合動(dòng)力學(xué)問題。這對超大型航天器的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)提出了兩方面的要求：一是結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)，以最大程度減少發(fā)射次數(shù)，降低建設(shè)成本；二是結(jié)構(gòu)的可控性設(shè)計(jì)，以有效抑制組裝過程中組合體軌道與姿態(tài)漂移、控制結(jié)構(gòu)變形與振動(dòng)。

中國航天專家龐之浩表示，想要建造超大型航天器，除了可以想見的巨大人力和物力需求外，從該項(xiàng)目指南中也可以看出，還必須克服海量的技術(shù)難題。

美國提出的太空電站示意圖

他解釋說，目前國際空間站是人類建造的最大航天器。美國國家航空航天局曾評估稱，如果20世紀(jì)70年代服役的美國“天空”實(shí)驗(yàn)室建造難度系數(shù)是5，蘇聯(lián)“和平”號空間站的難度系數(shù)為10到20，那么國際空間站則高達(dá)2500。這個(gè)龐大工程帶來的難題不僅停留在技術(shù)層面，還涉及整個(gè)項(xiàng)目的計(jì)劃和管理。考慮到千米級超大型航天器的復(fù)雜程度遠(yuǎn)超國際空間站，它的建造難度更將幾何級增加。

龐之浩舉例說，受限于運(yùn)載火箭的推力限制，國際空間站采用分別建造各個(gè)部件，然后在太空組裝的模式。然而國際空間站從1998年發(fā)射艙段進(jìn)入太空到2010年最終完成建設(shè)，先后花費(fèi)了12年，此時(shí)2001年發(fā)射的“碼頭”號艙段已經(jīng)接近壽命末期。可以想象，工程量遠(yuǎn)比國際空間站更為龐大的千米級超大型航天器，可能需要花費(fèi)更長的建造時(shí)間，因此對核心部件的使用壽命提出更高要求，并需要考慮靈活更換部件的需求。

此外，千米級超大型航天器的龐大體積，意味著它必須考慮如何應(yīng)對太空碎片的威脅。目前國際空間站主要是靠監(jiān)測周邊太空碎片，一旦發(fā)現(xiàn)碰撞危險(xiǎn)，就改變軌道高度進(jìn)行避讓。但千米級超大型航天器的龐大體積和質(zhì)量，決定了它恐怕難以靠避讓躲避太空碎片。那么未來需要為它安裝厚重的防撞裝甲，還是設(shè)計(jì)其他的方案？這些看似科幻的問題，都是千米級超大型航天器必須考慮的問題。

不過龐之浩強(qiáng)調(diào)，超大型航天器建造難度雖然大，但它的應(yīng)用前景也非常廣闊。最典型的例子就是太空電站。這種運(yùn)行在3.6萬公里高度地球同步軌道上的超級空間站，通過巨型太陽能電池陣，將太陽光轉(zhuǎn)化為電能，再依靠微波或者激光傳輸?shù)降孛妫�可以全天候大�?guī)模發(fā)電。