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usdt提现教程(www.caibao.it):太空中的“新基建”:欧洲设计把卫星工厂搬上天

admin2021-04-1636

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“欧盟委员会已经选择空客公司开展在太空中制造航天器的研究项目PERIOD”

――这是3月11日刊登在空客公司官网上的一条引人注目的新闻。换句话说,欧盟已经更先认真思索在太空中建设工厂,用来制造卫星、飞船等航天器的手艺方案了。

什么是“太空卫星工厂”?

只管对外披露的手艺细节不多,但往后次空客公司宣布的项目示意图中我们可以看出,这个“太空工厂”项目(PERIOD),是一个在地球周边的太空轨道事情的加工制造平台。总共包罗主体结构、工具库、质料库,以及加工用机械臂等等设施。就像一个在太空中运行的车间一样,在设想中,这个“太空工厂”能够一边围绕地球运行,一边生产出卫星等航天器所需的零件、模块,甚至生产整个卫星。

空中客车公司宣布的项目示意图

空中客车公司宣布的项目示意图

只管给人一种天马行空的科幻感,但这个“太空工厂”项目可并不是欧洲人一时的异想天开,而是欧盟委员会旗下一个早在2014年就启动了的,更为远大的系列研究设计“PER ASPERA”的一部门(这个名字这在拉丁语里是“历经艰险,抵达星辰”的意思)。在这个系列研究设计设想里,未来地球周边的宇宙空间,将会是由种种太空机械人配合构建的一个忙碌的生态系统。为了给这幅未来图景做能手艺贮备,“PER ASPERA”设计更先围绕太空机械人手艺(SRT)睁开一系列的研究。

现在在这个“太空机械人”项目(PER ASPERA)的官网上,能够看到项目宣布的2016-2024年手艺蹊径图。可以看出,这个蹊径图把未来太空机械人的相关手艺分成了在轨手艺-通用模块手艺-行星手艺三条并行的蹊径。而这一次的“太空工厂”项目,就是太空机械人研究设计在轨手艺蹊径的一个手艺演示项目(事实上,“太空工厂”项目的全称是PERASPERA In-Orbit Demonstration,即“太空机械人在轨演示设计”)。

欧盟PER ASPERA设计的蹊径图

为什么要在太空造卫星?有什么利益?

听到这里我们一定会好奇,欧盟为何要开展长达十年的项目实验在太空中生产卫星,是由于在太空中造卫星有什么怪异的利益么?――还真有。现在看来在太空中生产卫星等航天器,至少有三个方面的优点异常诱人:

优点一,在太空中生产卫星可以给卫星更厚实的几何结构选择局限。我们知道,今天所有的航天器都是在地球上完成制造,然后安装在火箭头部的整流罩内,最终发射进入太空轨道的。正是由于这样的制造-发射流程,卫星的体积和结构实在极大的受限于火箭头部这个狭窄的空间。事实上正如我们今天所看到的,大部门现存的卫星实在都是一个“胖盒子+折叠同党”的结构设计。这种结构最主要的目的,就是要让卫星能够塞进火箭头部直径也许2-5米的圆柱形空间内。

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然则,这种“胖盒子+折叠同党”的单一结构,其着实许多情形下并不是卫星执行义务的更佳几何结构。好比,一些遥感、通讯所用到的天线往往需要伟大的空间延展局限(从几十到上千米不等)。这种伟大的机械结构,若是一定要折叠在狭窄的火箭头部,会给手艺上带来很大的晦气便。另外,实在太空工程师们还曾经设计出过许多更富有想象力、功效更壮大的太空几何结构,但由于今天无法被折叠到火箭内里,也就“胎死腹中”了。

用“太空工厂”生产卫星,恰好就可以把卫星的几何结构从发射的桎梏中解脱出来。由于太空轨道空旷的微重力环境,卫星的结构在理论上可以是随便的。甚至,“太空工厂”可以像蚂蚁筑巢一样,逐步在太空中修建出一个比自身大得多、庞大得多的航天器,这极大的解放了太空工程师的设计想象力。

优点二,更低的卫星结构可靠性要求。我们知道,卫星在太空中的事情环境是真空+微重力的,这意味着差异零件之间并不会由于重力造成相互的挤压。仅在这个意义上,卫星的力学结构实在不用造得何等“结实”。然而事实的情形却是,今天不管是卫星的整体结构照样上面的零部件,都要经由最苛刻的力学袭击和振动测试,确保整体结构能够在“车祸”一样严酷的袭击+振动的环境中生计下来。这是由于,卫星在履历火箭发射的历程中,会遭受10-20倍的重力加速率袭击。为了扛住火箭发射的袭击,卫星从整体到零件都必须稀奇“结实”。

这种对于可靠性超高的要求,带来了两个不良的结果。之一是卫星所使用的零部件往往经由千挑万选,异常昂贵,提高了整体的造价。第二是许多性能优势显著,唯独不太结实的结构方案,就没有设施被最终接纳。在太空中直接制造卫星,就恰好可以阻止这些穷苦。好比,我们可以把聚合物粉末打包发射到太空上,然后再用太空中的3D打印装备,打印出卫星的机械结构框架。

优点三,模块化卫星设计,提供迅速的卫星修复能力。在欧盟“太空机械人设计”(PER ASPERA)的手艺蹊径图中我们可以看到,模块化的航天器设计是一个承上启下的手艺环节。所谓模块化的设计理念,就是把卫星拆分成几个尺度化的功效模块(就犹如手机中的摄像模块、电池模块、天线模块等等)。每一个单元可以举行自力生产,而且各自可以随时像搭积木一样拼装成完整的卫星。

这次欧盟的“太空卫星工厂”基础目的,应该就是让人类在太空中能够先自力的生产某个或者某些卫星中的功效模块。这样做有一个异常伟大的利益,那就是可以快速、低成本的对太空中的卫星举行维修。举例来说,现现在的许多卫星,经常由于动力模块消耗,或者是天线损坏等这样局部的小误差导致整个的卫星报废。若是在太空中能够快速自力的生产出替换的功效模块,再由太空维修机械人将全新的模块举行维修替换。可以大大提高卫星在太空中的使用寿命,提高维修的速率,而且降低整个卫星系统的维护成本。

“太空卫星工厂”现在手艺生长的怎么样了?

事实上,“太空卫星工厂“的相关手艺属于一类被称为“太空制造”手艺的前沿科技局限。而在这一领域,欧盟还不是全天下希望最快的,美国依然是这一领域在全天下手艺积累最多的国家。2011年,美国国家航天局NASA就正式更先太空制造相关手艺的验证和探索。2014年,美国在国际空间站安装了天下上之一台3D打印实验装备,首次从地面遥控操作国际空间站的3D打印制造。到了2016年,国际空间站已经更先使用所谓适用型增材制造装备(AMF)制造具有适用价值的物品。当前美国着力支持所谓FabLab项目(即空间实验工厂),委托诸如Interlog、TechShot等科技公司研究在太空中部署包罗金属结构、陶瓷结构、聚合物结构、电子元器件在内的多种复合质料的加工能力。而且勾勒出了分为4阶段的2014-2035年太空制造手艺生长蹊径图。现在开展火热的FabLab项目处于第三阶段的生长之中。

我国在太空制造手艺这一领域,同样取得了异常突出的手艺功效,相关的手艺积累处于天下的前沿水平。2017年中国科学院正式确立了太空制造手艺重点实验室,依托中国科学院空间应用工程与手艺中央开展太空制造手艺的相关研究。住手现在,我国在太空中的聚合物、陶瓷质料的3D打印,以及太空制造手艺的相关装备研究,都取得了厚实的希望。

“太空制造手艺”的未来生长是什么样的?

现在看来,在太空中制造零部件,甚至制造航天器的一系列的相关手艺都在生长的早期。岂论是中国、美国、照样欧盟的研究项目,都还在早期手艺探索和演示验证阶段。距离投入真正意义上的现实应用,另有也许5-10年的时间。总体看来未来的生长可能会分成三个阶段:

首先,现阶段以及未来的5-8年,人类有可能实现部门零件甚至功效模块的太空制造,而且对现有的卫星睁开类似零部件替换接纳等等义务;第二阶段,也就是在2035年前后,有可能形成真正意义上的太空工厂,为月球开发、火星探测等等义务提供相关的支持;而第三阶段,人类的太空基础设施建设,会围绕火星-月球-小行星-地球周边轨道的条理化结构,构建起一套庞大的太空基础设施,生态,为人类在太空中的资源行使和开发提供完整的支持。只不外距离这一天的到来,我们另有无数的难题需要战胜。也许,这正是欧盟委员会将太空机械人研究项目命名为“PER ASPERA”的缘故原由。

(作者系清华大学周详仪器系博士研究生 彭天放)

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