在太空中建工厂，靠谱吗？
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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。”3月11日发布在空客公司官网上的这一消息说明，欧盟已开始认真思考在太空中建设工厂，用来制造卫星、飞船等航天器的技术方案了。
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2019年6月，空客制造的卫星在法属圭亚那搭载火箭升空
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尽管对外披露的技术细节并不多，但从此次空客公司发布的项目示意图中可以看出，这个“太空工厂”项目，是一个在地球周边太空轨道工作的加工制造平台，包括了主体结构、工具库、材料库以及加工用机械臂等设施。就像一个在太空中运行的车间一样，设想中的“太空工厂”能够一边环绕地球运行，一边生产出卫星等航天器所需的零件、模块，乃至生产整个卫星。
乍听起来给人一种天马行空的科幻感，但这个“太空工厂”项目可不是欧洲人一时的异想天开，它其实是欧盟委员会旗下早在2014年就启动了的、更为宏大的一个系列研究计划PER ASPERA（拉丁语，意思是“历经艰险，抵达星辰”）的一部分。在这个系列研究计划设想里，未来地球周边的宇宙空间，将会是由各种太空机器人共同构建的一个忙碌的生态系统。为了给这幅未来图景做好技术储备，PER ASPERA计划开始围绕太空机器人技术（SRT）展开一系列的研究。
项目官网上公布的2016~2024年技术路线图，把未来太空机器人的相关技术分成了“在轨技术–通用模块技术–行星技术”3条并行的路线。这一次的“太空工厂”项目，就是太空机器人研究计划关于在轨技术路线的一个技术演示项目。
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欧盟为何要开展长达十年的项目，尝试在太空中生产卫星？目前看来，在太空中生产卫星等航天器，至少有三大优点：
首先，可以给予卫星更丰富的几何结构选择范围。目前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。这样的制造–发射流程，使得卫星的体积和结构极大地受限于火箭头部这个狭小的空间。为了把卫星塞进火箭头部直径大概2~5米的圆柱体空间内，大部分现存的卫星都被做成了“胖盒子+折叠翅膀”的结构设计。
但这种“胖盒子+折叠翅膀”的单一结构，很多情况下并不是卫星执行任务的最佳几何结构。比如，一些遥感、通信卫星所用到的天线往往需要巨大的空间延展范围（从几十到上千米不等）。这种巨大的机械结构，如果一定要折叠在狭小的火箭头部，技术上会带来极大不便。其实，太空工程师曾经设计出很多富有想象力、功能更强大的几何结构的卫星，都因为无法被折叠到火箭里而“胎死腹中”。
在“太空工厂”生产卫星，便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任意的。甚至，“太空工厂”可以像蚂蚁筑巢一样，慢慢在太空中建筑出一个比自身大得多、复杂得多的航天器，这将极大地解放太空工程师的设计想象力。
第二个优点，使更低的卫星结构可靠性要求成为可能。卫星在太空中的工作环境是真空+微重力，意味着不同零件之间并不会因为重力造成相互挤压。仅在这个意义上，卫星的力学结构不用再造得多么“结实”。由于卫星在火箭发射过程中要承受10~20倍的重力加速度冲击，为了扛住这种强力冲击，卫星从整体到零件都必须特别“结实”。因此直到今天，不管是卫星的整体结构还是上面的零部件，发射升空前都必须要经过最苛刻的力学冲击和振动测试，以确保整体结构能够在“车祸”一样严酷的冲击+振动环境中完好无损。
【在太空中建工厂，靠谱吗？】这种对可靠性的超高要求，使得卫星所使用的零部件往往要经过千挑万选，非常昂贵，提高了整体造价；同时，很多性能优势明显却唯独不太结实的结构方案，无法被最终采用。而在太空中直接制造卫星，则可以避免这些麻烦。比如，可以把聚合物粉末打包发射到太空，再用太空中的3D打印设备打印出卫星的机械结构框架。
第三，可以模块化卫星设计，提供敏捷的卫星修复能力。在欧盟“太空机器人计划”的技术路线图中，模块化的航天器设计是一个承上启下的技术环节。所谓模块化的设计理念，就是把卫星拆分成几个标准化的功能模块（就如同手机中的摄像模块、电池模块、天线模块等等）。每一个模块都可以独立生产，并且可以随时像搭积木一样拼装成完整的卫星。
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