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别看空间站是一个舱一个舱搭建起来的,就觉得建造它跟“搭积木”一样简单。
其实不然。
就连国际空间站和繁星空间站“这么小”的空间站都不是简单的“搭积木”,里边涉及到了各方面的计算和设计,更别说巨大的“千米级”航天器了。
“百米级”的国际空间站都有将近一千立方米的加压空间,哪怕“千米级”的航天器采用傻瓜式的叠加法都有将近一万立方米的加压空间。
国际空间站四百多吨的质量乘以十就是四千多吨。
而实际情况可能会更大,比如再乘个十,那就是十万立方米的加压空间和四万多吨质量。
国际空间站已经是人类肉眼可见的光点了,用上特殊的相机镜头,不用望远镜也能拍摄比较清楚的“袖珍”照片,千米级航天器估计直接肉眼能看见清晰轮廓,用相机甚至能拍到一些细节。
而这么巨大的结构,这么重的质量,想在太空组装就得考虑结构的“超大尺度效应”、“构型变化效应”与“太空失重环境”的相互作用。
一旦处理不好,就会产生极其复杂的“耦合动力学现象”,然后威胁到整个航天器的安全。
甚至这都不是简单的航天器本身安全问题。
这么大的玩意要是在轨道上解体了,很可能会发生连锁反应,然后把轨道上90%的航天器都给干掉。
最重要的是这些碎片会在轨道上形成一条垃圾环带,严重影响之后的航天发射任务,可能一不小心就会变成垃圾融入它们。
这是首先需要解决的问题。
其次,还是因为质量和结构都太过庞大,显然无法通过单次火箭发射和入轨展开的方式构建,也就是说,之前用来建造国际空间站和繁星空间站的“搭积木”方法行不通。
而要解决这个问题,就需要开源和节流。
一方面是通过“轻量化”的设计,尽可能在保证航天器强度的前提下,降低质量,从而降低发射成本。
另一方面是就开发新的重型运载工具或者新型空天运输方案。
总的来讲,要攻克这两个难题就需要将航天动力学中的三大研究对象,也就是轨道、姿态、结构进一步整合,再与控制学科深度交叉。
做好了这一步,才算是为“超大型空间基础设施”的建造奠定理论和技术基础。
具体这个千米级航天器内部应该怎么设计,那是设计部门的事,但最重要的是……几千上万吨的材料怎么运到太空里去?
当时还不知道未来几年会发生什么的科学家们想了几个办法,按照技术难度由低到高依次为——重型火箭、空天飞机、太空电梯。
重型火箭什么的,不管是建造国际空间站还是繁星空间站,这它们倒是有用武之地,但哪怕是土星五号、长征九号、SLS火箭这样载重超过百吨的超重行火箭,对于千米级航天器来说都远远不够。
空天飞机,这个怎么说呢,它可以重复的利用,并且起飞和降落都非常方便,但它的缺点就是运载力不行。
虽然重复利用和使用方便可以弥补单次运力的不足,可空天飞机的机舱没办法做大,严重限制空间站模块的大小。
就像火箭的整流罩大小,在5米直径的长征五号出来之前,繁星先后两个空间实验室的直径才3.3米,后来长征五号火箭出现之后才建造了直径4米多的繁星空间站。
而自由联邦那边有10米直径的超重型火箭土星五号,所以能发射最大直径6.7米的天空实验室航天站。
越大的空间站,装载的试验设备更多,可供宇航员活动的区域也更多,但空天飞机的货舱天然比不过火箭,所以用空天飞机来建设模块化的空间站肯定不划算,空间大小绝对局促。
要是千米级的空间站只有5米直径,那……难看不难看出先两说,利用率的高低也不讨论,这种形态在轨道上就是一条“绳子”,地球的引力绝对能让它解体。
除非空天飞机只是运载材料,然后让航天员直接在太空里一点一点把巨大的空间站焊出来!
这就又涉及到太空施工的问题了,同样是一大难点。
而太空电梯就有意思了。
如果说在材料运输上,重型火箭和空天飞机都是往技术方面做突破,那么太空电梯就是在“基础科学”上做文章。
理论上来说,只要人类能制造出一种强度极高的“绳子”,然后在其尾部装上配重块,站在赤道往太空上抛。
如果配重块落在地球同步轨道上,届时地球的自转就会像扔铅球一样把这根绳子绷直,然后,人类就可以顺着这根绳子直接爬到太空。
人类能爬上去,自然能带着一个直径几十米的巨大舱室爬上去,那样人类就有巨大直径的航天器了。
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