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据媒体的消息 ， 近日 ， 国家自然科学基金委员会对外正式发布了“十四五”第一批重大项目指南 ， 这些项目种类众多 ， 涵盖数学、物理、化学、生命、地球、工程与材料、信息、管理、医学、交叉等九个重要领域 ， 每个领域都是科技领域的主战场 ， 其中有一个名为“超大型航天结构空间组装动力学与控制”的项目引起了人们的广泛关注 ， 该项目提出了千米量级超大型航天器的概念 ， 令大家非常感兴趣 。
该项目的指南中提到 ， 尺寸千米量级的超大型航天器是未来空间资源利用、宇宙探索以及长期在轨居住的重大战略级航天装备 。 为了达成这一目标 ， 需要通过结构模块化设计理念 ， 采用多次发射和空间组装的方式建造一个超大型航天器 ， 同时还要解决各子系统之间极其复杂的动力学耦合问题 ， 保证整个超大型航天器稳定运行 。
从国家自然科学基金委员会发布的“十四五”第一批重大项目指南的内容来看 ， 该项目属于数学与物理科学部 ， 我们在科幻电影中其实经常能看到类似“超大型航天器”这样的画面 ， 但它尚未在人类社会中变成现实 。 随着工程材料技术的不断进步 ， 航天发动机效率的不断提高 ， 人类可以把越来越重的航天器送上太空 。 也可以把一个个舱段送上太空 ， 然后进行组装 ， 现在的国际空间站 ， 以及正在建设中的天宫空间站都是采用的这一思路 。
要想解决这一问题 ， 动力学设计是关键 ， 必须要解决两个关键技术难关 ， 第一个是结构轻量化设计 ， 只有最大程度减少发射次数才能真正降低建设大型空间站和航天器的成本 ， 第二个是结构的可控性设计 ， 只有提出最佳的结构设计方案 ， 才能有效的抑制组装过程中各组合体的轨道与姿态漂移 ， 解决不同组件存在的结构变形与振动问题 。 这些细节问题解决了 ， 才能讨论组装千米量级超大型航天器的方案 。
超大型航天器是一个复杂的工程 ， 并不是简单地1+1=2 ， 实际上是1+1>2 ， 因为超大型航天器在组装的过程中 ， 由于结构的尺寸过大 ， 会产生超大尺寸效应 ， 同时构型变化效应和空间环境效应又会相互作用 ， 产生复杂的耦合动力学现象 。 任何一个细节的结构技术难题都可能放大成了一个局部或者整体技术难题 ， 也可以理解为蝴蝶效应 。 因此构件越多 ， 整体整合的难度越大 。
【航天器|千米量级超大型航天器！东方此举彻底震撼NASA，抱怨差距被拉大】
这些技术难题也是美国国家航空航天局一直难以解决的难关 ， 美国方面一直想通过打造一种大型的航天器 ， 来实现其火星登陆和太空探索 ， 以及在月球等其他星球上建立中继站的目的 。 但要实现这一技术需要通过建模 ， 对“轨道-姿态-结构”进行系统分析预测 ， 探索它们的演化规律和动力学行为 。 然后进行模拟实验 ， 积累控制经验 。 目前看来 ， 美国在该领域的优势越来越少 ， 正在被亚洲大国赶超 。
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