在國家自然科學基金委員會近日發布的“十四五”第一批重大項目指南中，有個項目內容特別引人關注——“超大型航天結構空間組裝動力學與控制”。

　　專業術語聽不懂？有網友將它總結為一句話——中國正在研發千米級超大型航天器！

　　千米級別的超大型航天器是什麼概念？國際空間站長約100米，美國超級航母“福特”號全長約330米，也就是說中國未來規劃建造的超大型航天器，相當於10個國際空間站或者3艘“福特”號航母那麼長！

　　啊不對，老司機作為一個重度科幻迷，怎麼能用地球上的航母來衡量太空裝備。忍不住搓搓手盤算一下：

　　《星球大戰》裡的殲星艦

　　《星河戰隊》裡的星艦“羅傑·楊”號

　　《星際迷航》裡的“企業”號只有300米長；《星河戰隊》裡的星艦“羅傑·楊”號長約560米；《星球大戰》裡舊共和國軍的殲星艦全長也不過1150米；就連《三體》裡章北海指揮的“自然選擇”號恆星級戰艦，體積也不過“3艘二十一世紀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問題！呃，中國這是要搞超級星球大戰嗎？

　　算了……還是醒醒吧……一名航天專家告訴老司機，現有航天推進技術根本無法持續驅動如此龐大尺寸的星際飛船。

　　那這個“超大型航天結構空間組裝動力學與控制”項目，到底是幹什麼的？

　　相關文件顯示，尺寸達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略性航天裝備，需通過結構模塊化設計、多次發射、空間組裝的方式進行建造，並解決極其複雜的耦合動力學問題。

　　這對超大型航天器的動力學設計提出了兩方面的要求：一是結構的輕量化設計，以最大程度減少發射次數，降低建設成本；二是結構的可控性設計，以有效抑制組裝過程中組合體軌道與姿態漂移、控制結構變形與振動。

　　本項目的科學目標包括：1、瞄準超大型航天結構的減重設計和空間組裝需求，提出滿足在軌動力學要求的組裝結構輕量化設計新理論；2、建立空間組裝過程的“軌道-姿態-結構”耦合動力學新模型，揭示空間組裝過程的耦合動力學演化新規律；3、提出空間組裝過程的“軌道-姿態-結構”一體化穩定控制新理論；4、探索解決超大型航天結構動力學試驗“天地一致性”問題的新方案。

　　研究內容則有四大方面，分別是：超大型航天結構的輕量化和可控性設計、超大型航天結構空間組裝過程的動力學演化、空間組裝過程軌道-姿態-結構一體化穩定控制、空間組裝過程動力學與控制的地面模擬試驗。

　　中國航天專家龐之浩介紹說，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，從該項目指南中也可以看出，還必須克服海量的技術難題。別說建造可以橫穿星系的殲星艦了，哪怕只是建造環繞地球軌道運行的超級空間站，也面臨極大的挑戰。

　　他解釋說，目前國際空間站是人類建造的最大航天器。美國航空航天局曾評估稱，如果20世紀70年代服役的美國“天空”實驗室建造難度係數是5，蘇聯“和平”號空間站的難度係數為10到20，那麼國際空間站則高達2500。這個龐大工程帶來的難題不僅停留在技術層面，還涉及整個項目的計劃和管理。考慮到千米級超大型航天器的複雜程度遠超國際空間站，它的建造難度更將幾何級增加。很可能會有數以千計的部件不斷通過運載火箭發射到太空中，再按照不同接口進行組裝和功能調試，整個過程的複雜程度難以想象。

　　龐之浩舉例說，受限於運載火箭的推力限制，國際空間站採用分別建造各個部件，然後在太空組裝的模式。然而國際空間站從1998年發射艙段進入太空到2010年最終完成建設，先後花費了12年，此時2001年發射的“碼頭”號艙段已經接近壽命末期。美國航天員也曾抱怨說，國際空間站在建造過程中，原先裝配好的系統不斷因為老化發生故障，地面控制人員一邊在建造新系統一邊還要規劃未來的部件。可以想象，工程量遠比國際空間站更為龐大的千米級超大型航天器，可能需要花費更長的建造時間，因此對核心部件的使用壽命提出更高要求，並需要考慮靈活更換部件的需求。

　　事實上，空間站在太空中的“搭積木”式建造過程中，也並不像很多人想象的那麼簡單。由於在近地軌道運行的航天器仍會受到稀薄大氣分子的阻力，蘇聯“和平”號空間站在建造工程中，隨着艙段的不斷增加，就出現因為氣動外形不對稱帶來的姿態控制問題，不得不頻繁啟動發動機調整姿態和軌道高度，額外消耗了大量燃料。而千米級超大型航天器在建造過程中顯然將具備更不規則的氣動外形，帶來的技術挑戰顯然更為複雜。

　　此外，千米級超大型航天器的龐大體積，意味着它必須考慮如何應對太空碎片的威脅。目前國際空間站主要是靠監測周邊太空碎片，一旦發現碰撞危險，就改變軌道高度進行避讓。但千米級超大型航天器的龐大體積和質量，決定了它恐怕難以靠避讓躲避太空碎片。那麼未來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禦系統？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。

　　既然千米級超大型航天器的技術難度如此之大，建造它的目的又何在呢？

　　美國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。中科院院士葛昌純於2021年5月撰文表示，太空電站被認為是最有可能的終極能源解決途徑之一。這種運行在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，將太陽光轉化為電能，再依靠微波或者激光傳輸到地面。由於太空可以完美避開大氣層的衰減，也不受晝夜、季節影響，99%的時間內可以穩定地接收太陽輻射，可以全天候大規模發電，發電效率是地面太陽能電站的幾十倍。

　　此外，美國“阿波羅”登月計劃和中國嫦娥探月工程都證明，這類超級太空工程雖然難度大，但它們更催生了多項科技和工程領域的技術突破。從這個意義上看，這次提出的“超大型航天結構空間組裝動力學與控制”項目，雖然不是網友們想象的殲星艦，但它可能帶來的巨大科技突破，卻更值得我們期待。

　　別忘了，這個項目背後，可是有着“說什麼時候落月就什麼時候落月”，“說什麼時候探火就什麼探火”的中國航天。