8月，國家自然科學(xué)基金委發(fā)布“十四五”第一批重大項(xiàng)目指南，擬資助項(xiàng)目涵蓋數(shù)學(xué)物理、化學(xué)、生命、地球、工程與材料、信息、管理、醫(yī)學(xué)、交叉等九大領(lǐng)域，每個(gè)項(xiàng)目都是重量級(jí)別。

其中，位列數(shù)學(xué)理科第一項(xiàng)的“超大型航天結(jié)構(gòu)空間組裝動(dòng)力學(xué)與控制”項(xiàng)目尤為令人興奮，國外多家自然科學(xué)網(wǎng)站爭相報(bào)道。

該項(xiàng)目瞄準(zhǔn)尺寸達(dá)千米量級(jí)的超大型航天器，計(jì)劃在未來五年開展關(guān)于超大型航天器的前瞻性研究。這聽起來像是科幻小說，但美國宇航局前首席技術(shù)專家梅森·佩克說，這個(gè)想法并不完全不合時(shí)宜，挑戰(zhàn)更多的是工程學(xué)而不是基礎(chǔ)科學(xué)，人類的基礎(chǔ)科學(xué)已支持這個(gè)計(jì)劃。如果這個(gè)項(xiàng)目獲得資助，可行性研究將持續(xù)五年，預(yù)算為1500萬元人民幣（合230萬美元）。

尺寸達(dá)千米量級(jí)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。雖然國際空間站和中國空間站都是采用結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)、多次發(fā)射、空間組裝的方式建成，但是尺度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于超大型航天器。

那么建造如此大的一個(gè)空間會(huì)面臨哪些問題呢？

首先，第一個(gè)最大的挑戰(zhàn)將是資金問題，因?yàn)橄蛱瞻l(fā)射物體和材料的成本很高。國際空間站（ISS）的建造成本約為1600億美元，中國空間站完成時(shí)，預(yù)計(jì)會(huì)花費(fèi)超過400億美元。建造一個(gè)太空艙將宇航員帶到空間站的預(yù)算為30億美元。因此，建造更大空間站，那就燒錢了，即使是最富有的國家，太空預(yù)算也會(huì)有壓力。

因此，解決這個(gè)問題就需要改進(jìn)建筑技術(shù)，降低將一艘超大宇宙飛船送入太空的成本。建造空間站的傳統(tǒng)方法是在地球上制造組件，然后在空間軌道上組裝它們，但3D打印技術(shù)有可能在太空中進(jìn)行，將緊湊的原材料轉(zhuǎn)化為空間中尺寸大得多的結(jié)構(gòu)部件。

另一個(gè)更有吸引力的選擇是從月球采購原材料，因?yàn)樵虑虻闹亓Ρ鹊厍虻?，這意味著從月球表面發(fā)射到太空的材料要容易得多。不過，這首先需要在月球上發(fā)射基礎(chǔ)設(shè)施，因此短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)。

其次，如此龐大的航天器也將面臨獨(dú)特的科學(xué)問題。

每當(dāng)航天器受到力的影響時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致飛船振動(dòng)和彎曲。當(dāng)飛船在軌道上與另一個(gè)航天器對(duì)接時(shí)，震動(dòng)都會(huì)向宇宙飛船的結(jié)構(gòu)傳遞能量，對(duì)于尺寸達(dá)千米量級(jí)的超大型航天器，振動(dòng)需要很長時(shí)間才能消退，因此航天器可能需要減震器或主動(dòng)控制來抵消這些振動(dòng)。

設(shè)計(jì)者在決定航天器應(yīng)該在什么高度飛行時(shí)，也必須做出謹(jǐn)慎的權(quán)衡。在低空，從外層大氣中拖出會(huì)減慢飛行器的速度，要求它們不斷提升自己回到穩(wěn)定的軌道。對(duì)于一個(gè)更大的航天器來說，這將是一個(gè)主要問題。另一方面，如果將航天器發(fā)射到更高的宇宙空間，沒有地球磁場保護(hù)，輻射水平在離地球大氣層越遠(yuǎn)的地方迅速增加，這也將是一個(gè)問題。

雖然，建造這種尺寸達(dá)千米量級(jí)的超大型航天器技術(shù)上是可能的，但實(shí)際意義并不是很現(xiàn)實(shí)。該研究項(xiàng)目的預(yù)算僅有1500萬元人民幣，因此可能只是一項(xiàng)小型的學(xué)術(shù)研究，繪制出此類項(xiàng)目的最早輪廓，并找出技術(shù)差距。

這么大的航天器將用于什么用途呢？

首先，可能用于太空發(fā)電。中國空間技術(shù)研究院（CAST）的研究人員已經(jīng)為開發(fā)天基太陽能（SSP）奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，即在空間軌道上建造巨大的太陽能電池陣列，并通過微波束將電力傳回地球，滿足全世界電力需求，這是一個(gè)特別具有未來感的愿景。

雖然目前而言這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性并不高，來自太空的電能每瓦成本估計(jì)為1000美元，而地球上太陽能電池板產(chǎn)生的電能每瓦成本僅為2美元。盡管如此，CAST一直在對(duì)SSP所需的技術(shù)進(jìn)行小規(guī)模測試，將能量利用微波從衛(wèi)星傳輸?shù)降厍蚧尽?/span>

其次，有望建造太空電梯。雖然太空電梯長期以來只是科幻小說的中一個(gè)概念，但是近幾年，碳納米管、石墨烯、鉆石納米絲和其他超材料的發(fā)展，世界各地的空間機(jī)構(gòu)和建筑公司一直在重新審視這一概念，它變成現(xiàn)實(shí)那一天也不會(huì)遙遠(yuǎn)。

隨著人類對(duì)太空的探索，不斷超越地球軌道，空間內(nèi)制造和組裝大型空間結(jié)構(gòu)對(duì)于人類的可持續(xù)探索至關(guān)重要，總有一天，科幻變成現(xiàn)實(shí)。