中國(guó)要建造殲星艦了嗎？

千米級(jí)別的超大型航天器是什么概念？國(guó)際空間站長(zhǎng)約100米，美國(guó)超級(jí)航母“福特”號(hào)全長(zhǎng)約330米，也就是說(shuō)中國(guó)未來(lái)規(guī)劃建造的超大型航天器，相當(dāng)于10個(gè)國(guó)際空間站或者3艘“福特”號(hào)航母那么長(zhǎng)！

啊不對(duì)，筆者作為一個(gè)重度科幻迷，怎么能用地球上的航母來(lái)衡量太空裝備。忍不住搓搓手盤算一下：

《星球大戰(zhàn)》里的殲星艦

《星河戰(zhàn)隊(duì)》里的星艦“羅杰·楊”號(hào)

《星際迷航》里的“企業(yè)”號(hào)只有300米長(zhǎng)；《星河戰(zhàn)隊(duì)》里的星艦“羅杰·楊”號(hào)長(zhǎng)約560米；《星球大戰(zhàn)》里舊共和國(guó)軍的殲星艦全長(zhǎng)也不過(guò)1150米；就連《三體》里章北海指揮的“自然選擇”號(hào)恒星級(jí)戰(zhàn)艦，體積也不過(guò)“3艘二十一世紀(jì)海上最大噸位的航空母艦”……

妥了！這尺寸要造出殲星艦完全沒(méi)問(wèn)題！呃，中國(guó)這是要搞超級(jí)星球大戰(zhàn)嗎？

算了……還是醒醒吧……一名航天專家告訴筆者，現(xiàn)有航天推進(jìn)技術(shù)根本無(wú)法持續(xù)驅(qū)動(dòng)如此龐大尺寸的星際飛船。

那這個(gè)“超大型航天結(jié)構(gòu)空間組裝動(dòng)力學(xué)與控制”項(xiàng)目，到底是干什么的？

相關(guān)文件顯示，尺寸達(dá)千米量級(jí)的超大型航天器是未來(lái)空間資源利用、宇宙奧秘探索、長(zhǎng)期在軌居住的重大戰(zhàn)略性航天裝備，需通過(guò)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(wèn)題。

這對(duì)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(guò)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)。

研究?jī)?nèi)容則有四大方面，分別是：超大型航天結(jié)構(gòu)的輕量化和可控性設(shè)計(jì)、超大型航天結(jié)構(gòu)空間組裝過(guò)程的動(dòng)力學(xué)演化、空間組裝過(guò)程軌道-姿態(tài)-結(jié)構(gòu)一體化穩(wěn)定控制、空間組裝過(guò)程動(dòng)力學(xué)與控制的地面模擬試驗(yàn)。

中國(guó)航天專家龐之浩介紹說(shuō)，想要建造超大型航天器，除了可以想見(jiàn)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。別說(shuō)建造可以橫穿星系的殲星艦了，哪怕只是建造環(huán)繞地球軌道運(yùn)行的超級(jí)空間站，也面臨極大的挑戰(zhàn)。

他解釋說(shuō)，目前國(guó)際空間站是人類建造的最大航天器。美國(guó)航空航天局曾評(píng)估稱，如果20世紀(jì)70年代服役的美國(guó)“天空”實(shí)驗(yàn)室建造難度系數(shù)是5，蘇聯(lián)“和平”號(hào)空間站的難度系數(shù)為10到20，那么國(guó)際空間站則高達(dá)2500。這個(gè)龐大工程帶來(lái)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?？紤]到千米級(jí)超大型航天器的復(fù)雜程度遠(yuǎn)超國(guó)際空間站，它的建造難度更將幾何級(jí)增加。很可能會(huì)有數(shù)以千計(jì)的部件不斷通過(guò)運(yùn)載火箭發(fā)射到太空中，再按照不同接口進(jìn)行組裝和功能調(diào)試，整個(gè)過(guò)程的復(fù)雜程度難以想象。

龐之浩舉例說(shuō)，受限于運(yùn)載火箭的推力限制，國(guó)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(guó)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(hào)艙段已經(jīng)接近壽命末期。美國(guó)航天員也曾抱怨說(shuō)，國(guó)際空間站在建造過(guò)程中，原先裝配好的系統(tǒng)不斷因?yàn)槔匣l(fā)生故障，地面控制人員一邊在建造新系統(tǒng)一邊還要規(guī)劃未來(lái)的部件?？梢韵胂螅こ塘窟h(yuǎn)比國(guó)際空間站更為龐大的千米級(jí)超大型航天器，可能需要花費(fèi)更長(zhǎng)的建造時(shí)間，因此對(duì)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。

事實(shí)上，空間站在太空中的“搭積木”式建造過(guò)程中，也并不像很多人想象的那么簡(jiǎn)單。由于在近地軌道運(yùn)行的航天器仍會(huì)受到稀薄大氣分子的阻力，蘇聯(lián)“和平”號(hào)空間站在建造工程中，隨著艙段的不斷增加，就出現(xiàn)因?yàn)闅鈩?dòng)外形不對(duì)稱帶來(lái)的姿態(tài)控制問(wèn)題，不得不頻繁啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整姿態(tài)和軌道高度，額外消耗了大量燃料。而千米級(jí)超大型航天器在建造過(guò)程中顯然將具備更不規(guī)則的氣動(dòng)外形，帶來(lái)的技術(shù)挑戰(zhàn)顯然更為復(fù)雜。

此外，千米級(jí)超大型航天器的龐大體積，意味著它必須考慮如何應(yīng)對(duì)太空碎片的威脅。目前國(guó)際空間站主要是靠監(jiān)測(cè)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(jí)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(lái)需要為它安裝厚重的防撞裝甲，還是安裝能攔截太空碎片的防御系統(tǒng)？這些看似科幻的問(wèn)題，都是千米級(jí)超大型航天器必須考慮的問(wèn)題。

既然千米級(jí)超大型航天器的技術(shù)難度如此之大，建造它的目的又何在呢？

美國(guó)提出的太空電站示意圖

龐之浩表示，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。中科院院士葛昌純于2021年5月撰文表示，太空電站被認(rèn)為是最有可能的終極能源解決途徑之一。這種運(yùn)行在3.6萬(wàn)公里高度地球同步軌道上的超級(jí)空間站，通過(guò)巨型太陽(yáng)能電池陣，將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，再依靠微波或者激光傳輸?shù)降孛妗Ｓ捎谔湛梢酝昝辣荛_(kāi)大氣層的衰減，也不受晝夜、季節(jié)影響，99％的時(shí)間內(nèi)可以穩(wěn)定地接收太陽(yáng)輻射，可以全天候大規(guī)模發(fā)電，發(fā)電效率是地面太陽(yáng)能電站的幾十倍。

此外，美國(guó)“阿波羅”登月計(jì)劃和中國(guó)嫦娥探月工程都證明，這類超級(jí)太空工程雖然難度大，但它們更催生了多項(xiàng)科技和工程領(lǐng)域的技術(shù)突破。從這個(gè)意義上看，這次提出的“超大型航天結(jié)構(gòu)空間組裝動(dòng)力學(xué)與控制”項(xiàng)目，雖然不是網(wǎng)友們想象的殲星艦，但它可能帶來(lái)的巨大科技突破，卻更值得我們期待。

別忘了，這個(gè)項(xiàng)目背后，可是有著“說(shuō)什么時(shí)候落月就什么時(shí)候落月”，“說(shuō)什么時(shí)候探火就什么探火”的中國(guó)航天。

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