模塊化空間站：可自組裝的“ 太空旅館”

越來越多人前往太空旅行，但國際空間站最多只能容納11人。位于美國馬薩諸塞州劍橋市的非營利太空建筑實驗室奧瑞利亞研究所提出了一種可能的解決方案：一種能以扁平板材緊湊堆疊的方式發(fā)射并在軌道上自行組裝的模塊化空間站。

建造大型空間棲息地非常困難。如墻壁等結(jié)構(gòu)部件必須能裝進(jìn)火箭。通常情況下，沒有足夠的空間一次性發(fā)射所有部件，像國際空間站這樣的大型結(jié)構(gòu)往往需要多次發(fā)射才能建成，耗資巨大。一旦所有部件都送入太空，空間棲息地還需要由人類來組裝，而這是一項危險的工作。

“如果要靠人類來幫助組裝這些東西，他們必須穿上艙外活動服，”奧瑞利亞研究所的首席執(zhí)行官伊克布勞說道，“這是在冒著生命危險。我們希望能在未來有更安全的方式完成這項工作?！?/p>

2024年8月初，在馬薩諸塞州羅爾斯代爾的一個共享辦公空間里，奧瑞利亞研究所展示了名為TESSERAE的空間棲息地模型。該結(jié)構(gòu)看起來像是一個未來感十足、高度僅一層樓高的球形。團(tuán)隊描述了空間站的這些板材（每個板材大約有1.8米高和寬）會怎樣組合在一起。

這一想法是使結(jié)構(gòu)在發(fā)射時盡可能緊湊?！艾F(xiàn)在，任何升空的東西都是處在有效載荷整流罩的剛性的結(jié)構(gòu)中，它位于火箭的頂部。”奧瑞利亞研究所戰(zhàn)略與業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁斯蒂芬妮說，“借助這項技術(shù)，我們正在創(chuàng)建可以堆疊起來的板材，就像扁平包裝的宜家盒子那樣。”

成功發(fā)射之后，這些板材會被投放到類似氣球或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中以防止它們漂移。這個網(wǎng)會確保邊緣帶有強力磁鐵的板材足夠接近以便產(chǎn)生磁吸力?？茖W(xué)家們期望這些板材能夠一次性準(zhǔn)確地自行拼接在一起并形成正確的配置。如果未能正確組裝，傳感器和磁力計的組合可以檢測出來。在這種情況下，可以通過給磁鐵通電來拆解錯誤配置的板材并重新嘗試。組裝完成后，電力系統(tǒng)和管道系統(tǒng)可以手動安裝。

模塊與充氣結(jié)構(gòu)

迄今為止，團(tuán)隊已經(jīng)在太空中成功組裝了幾次手大小的小型板材，包括在2022年美國私營企業(yè)公理航天公司的Ax-1任務(wù)期間向國際空間站（ISS）發(fā)射的任務(wù)。他們尚未在太空中建立TESSERAE的全尺寸模型，并表示建設(shè)工作很可能需要合作伙伴的支持。

“奧瑞利亞很難給出一個精確的時間表，說明還需要多久才能實現(xiàn)人類居住?！币量瞬紕谡f，“這可能取決于我們是否能與美國國家航空航天局或公理航天公司這樣的組織建立合作關(guān)系。但肯定得到2030年代?！眾W瑞利亞研究所不愿透露他們在該項目上籌集或花費的具體金額，但他們表示部分資金來源于美國國家航空航天局的撥款、企業(yè)贊助以及慈善捐贈者。

有許多團(tuán)隊正在研發(fā)空間站。公理航天公司正在開發(fā)自己的軌道空間站，計劃于2026年發(fā)射第一個模塊，并暫時將其連接到國際空間站。藍(lán)色起源公司和塞拉公司則在合作開發(fā)“軌道礁”項目，該項目旨在支持最多10人在一個“混合用途商務(wù)園區(qū)”內(nèi)進(jìn)行活動。這些空間站將依賴人類來進(jìn)行建設(shè)，而發(fā)射各個部件可能需要幾次發(fā)射任務(wù)。

伊克布勞認(rèn)為TESSERAE棲息地和充氣結(jié)構(gòu)是互補的技術(shù)。TESSERAE的硬質(zhì)外殼應(yīng)該能更好地保護(hù)宇航員免受太空碎片的影響，比如微流星體。她說，與充氣結(jié)構(gòu)相比，TESSERAE棲息地更容易修復(fù)，因為板材可以直接更換；而對于充氣結(jié)構(gòu)來說，一處撕裂可能意味著復(fù)雜的修補工作或是整個空間體的更換?！拔覍Τ錃饨Y(jié)構(gòu)持非常積極的態(tài)度，”伊克布勞說，“我認(rèn)為答案應(yīng)該是兩者都有，而不是二選一?！?/p>

設(shè)計方面的挑戰(zhàn)

奧瑞利亞研究所設(shè)想，一旦建成，TESSERAE棲息地將與我們在國際空間站通常看到的情況大不相同：不僅是功能性的，而且還將充滿樂趣、易于訪問且舒適。

這一設(shè)計包含了由對數(shù)十位宇航員的訪談所啟發(fā)的一些富有想象力的元素。其中一個設(shè)計看起來像是從墻上伸出的巨大充氣海葵，但實際上這是一個沙發(fā)——在太空中躺下并不容易，因此理論上，宇航員可以把自己擠在充氣枝條之間，讓自己感到舒適。

然而，擴(kuò)大這項技術(shù)的應(yīng)用將十分困難。密歇根大學(xué)的航空航天工程師奧利弗·賈-里查茲不確定奧瑞利亞研究所使用的磁鐵和傳感器組合是否足以讓更大的板材實現(xiàn)自我組裝。在太空中精確移動物體通常需要推進(jìn)系統(tǒng)?！叭绻麄兡軌?qū)崿F(xiàn)這一點，這將在太空移動物體方面取得突破性進(jìn)展?！眾W利弗·賈-里查茲說。伊克布勞表示她并未排除使用推進(jìn)系統(tǒng)的可能性。

伊克布勞指出，目前板材能夠構(gòu)建的結(jié)構(gòu)并非完全密封，因此還不適合人類居住。她的團(tuán)隊可能會在板材的邊緣添加卡扣，這樣可以更加緊密地連接板材。另一個想法是在空間中央充氣形成一個密封的氣囊，供人們在里面生活。在這種情況下，板材將成為內(nèi)部加壓氣囊的外部骨架。

團(tuán)隊剛剛獲得了美國國家航空航天局的批準(zhǔn)，明年將更多的小型板材送往國際空間站。這次，他們將發(fā)送大約32個板材，看看能否構(gòu)建出一個小型的完整球形結(jié)構(gòu)。（綜合整理報道）（策劃/小文）