01 空中客车的太空工厂计划

近日，当前全球最大的飞机制造商欧洲空中客车公司官网称受欧盟委员会“地平线2020”计划资助，将开展PERIOD项目。


与此同时，空中客车太空探索未来项目负责人西尔维奥·桑德罗内在接受采访时表示:“空中客车一直致力于在轨制造技术已有十多年了，PERIOD计划将帮助欧洲将其综合技术知识提升到一个新水平。”
 
据悉，这个计划项目的重点是在轨卫星的组装和制造，这份价值300万欧元的A / B1阶段研究合同将持续两年，目标是继续在轨道上进行演示验证。
 
根据该项目它所设想的“太空工厂”，从此次空客公司官网发布的项目示意图中可以看出，它相当于一个在地球周边太空轨道工作的加工制造平台，能够一边环绕地球运行，一边在太空中主生产出卫星等航天器所需的零件、模块。


 

以及更进一步建造天线反射器，航天器组件的组装以及卫星有效载荷的替换，而这些将为未来在轨制造大型结构奠定基础。
 
也许在不少人看来，欧盟此举建造太空空厂，不过是异想天开，临时起意，其实不然，无论是2014年推出的PER ASPERA计划，还是Bartolomeo平台的建设，都可以发现，欧盟早已为今日太空工厂计划的布局铺垫了底层技术支持。
 
据相关资料显示，欧盟早在2014年，就已经将目前光锁定了太空，启动了一个宏大的系列研究计划PER ASPERA。

 

这项计划将围绕太空机器人技术（SRT）展开一系列的研究，根据该项目官网上公布的2016~2024年技术路线图可以看出，它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。
 
而这一次的“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。

 

另外，该太空工厂项目第一步的演示验证，需要支持的一项底层关键技术，国际空间站的外部有效载荷托管平台巴托洛梅奥平台（Bartolomeo），也早已经在五年前提前开启了建设计划。
 
这个平台，是由空中客车资助4000万欧元，并研制、生产并发射这一平台，在欧洲航天局的支持下运营，该平台最多可托管12个不同的载荷，为它们提供电源并将数据传输回地面。
 
它不仅可用于对地观测，在环境与气候研究、机器人技术、材料科学、天体物理，以及空间新技术测试等方面也有广阔前景，也可为上述领域的商业化进程铺平道路。
 
它与当前国际空间站，目前其他三个外部有效载荷设施，NASA的ELCs，欧洲的哥伦布外部有效载荷设施(COL-EPF)，日本的JEM-EF和NanoRack外部平台（NREP）相比，也有其优势所在。

 

第一，Bartolomeo提供了类似ELCs和COL-EPF的有效载荷承载能力。
 
第二，Bartolomeo可从约400公里的高度清楚地看到地球，在观看条件、供电和数据传输方面具有很强的竞争力。
 
第三，Bartolomeo有效载荷可以消耗多达800 W的电力，除了JEM-EF之外其他平台都无法提供电力。
 
第四，Bartolomeo还可以为其有效载荷提供主动冷却能力，并可选择加压发射还是不加压发射，返回地球还是不返回地球。
 
这个Bartolomeo平台，将有力的支撑空中客车太空工厂计划的推进，而且由于未来大规模空间系统只能在轨道上制造和组装，因此，欧盟已然走在了太空制造的前沿行列。
 


其实，从欧洲空中客车公司与欧盟的太空工厂项目计划的深层关系，也可以看出来，发展太空制造也不仅是国家层面的重要发展战略，它通样也是国际顶尖商业航天企业瞄准的一个战略方向，而且近年来，这一领域也深受资本青睐。
 
据美国航天基金会和太空投资公司在2021年第一季度航天报告数据显示:从2012年至今的10年中，共有1480家航天企业获得1867亿美元投资。其中美国和中国两国的投资占全球航天投资额的75%。

 

在这1867亿美元中，有1476亿美元投向应用领域，61亿美元投向数据分发领域，334亿投向了制造领域。
 

其次，在过去十年，共有447家航天制造公司获得334亿美元融资。其中美国企业占63%，英国占16%（主要是OneWeb），中国占8%。而在今年一季度，制造领域获得投资19亿美元，其中SpaceX获得8.5亿美元，OneWeb获得4亿美元。

 

由此来看，太空制造前景确实非分诱人，那到底是什么在吸引着人们如此重视且不遗余力的发展太空制造呢？
 
可从以下三个维度来看，第一个维度是制造太空资产所需的各种部件用于太空环境的使用的优势；第二个维度是利用太空微重力的环境，制造地球上所需的物资的优势；第三个维度是太空本身所蕴藏的丰富资源。
 
第一个维度，也是此次欧盟联合空中客车展开PERIOD项目的重点，在太空中生产卫星等航天器，有以下优势:

 

① 在卫星设计结构上，想象力将没有边界。在太空微重力环境下，卫星的结构在理论上可以是任意的，这就极大地解放太空工程师的设计想象力，能设计出更丰富的卫星几何结构。
 
② 极大的降低卫星生产发射运维成本。卫星在发射过程需要承受10~20倍的重力加速度冲击，这就要求其本身的力学结构要需要的材料极为“结实”，成本极大。
 
但卫星一到太空“真空+微重力”环境中运行，其本身的力学结构材料不必那么“结实”，因此，直接在太空利用3D打印技术打印卫星，有利于节省成本。
 
其次，卫星的维修与更新迭代耗费的成本也极大，但在太空中，太空机器人可以利用模块化的设计理念，生产出卫星的某一模块，进行替换，维修，组装，也能极大降低成本。
 
第二个维度，在太空中利用其“真空+微重力”环境中，生产地球上所需物资优势，则数不胜数，比如下述两例:


 

① 在近地轨道虚拟的“零重力”环境里，科研人员可以利用3D打印技术，在不使用支架的情况下培育出一整颗心脏，而且还能一直维持住完整的结构和形态。
 
随后，科研人员可以把打印好的成品放入培育箱，大约在45天后，这个成品会长成功能齐全的心脏组织，届时，便将它可以运回地球投入使用，而这在地球重力环境下就做不到。



② 在通讯材料光纤中，有一类是氟化物光纤，它由氟化物玻璃制成，被认为具有超低耗损的特性，能传输更宽的光谱，是长距离通讯优质之选。
 
但在地球上这个材料，不仅造价高昂，材质较“脆弱”，效果还不尽人意，目前还未能被投入商业市场。
 
但在太空中制造就不一样了，在太空广袤的空间里，可以使用更大的玻璃块，轻易就能拉扯出几千米长的光纤；
 
另一方面，没有了重力的影响，光纤中就不再轻易出现沉淀或结晶。从成品上看，太空制造的光纤更长，内部也更清澈，通讯质量以及效果会大幅度提升。
 

第三个维度，太空中本身蕴藏的丰富资源。根据目前科国际科学团发现的几个典型代表:


① 有一颗被称为m型小行星，这个星体的大部分组成物质都是金属，其主要成分是由铁和镍等，这都是地球上用途广泛的金属。
 
② 在太阳系里，有一颗名为2011 uw-158的小行星，它的基本组成物质是黄金，价值约5.7万亿美元。
 
③ 科学家发现了一颗名为BPM 37093的巨大宇宙钻石，这是一颗白矮星的结晶，它基本上就是一颗四千米长的钻石。

 

④ 还有一颗，被科学家称之为16 Psyche的行星，含有大量的黄金和铂金，现在的市面价值为10万万亿美元。
 
从这三个维度，相信也不难看出为什么太空制造将会是全世界各个超级大国以及顶尖商业航天企业紧盯的一个战略方向，而且这个领域还出现了很多跨界入局者，像亚马逊的贝佐斯，特斯拉的埃隆·马斯克等等。
 
在贝佐斯看来：“我们正处于太空探索黄金时代的边缘，就在边缘。未来20年，太空会出现一个充满活力的、爆炸性的创业潮，就像我们过去20年在互联网上看到的那样。”
 
让我们一起拭目以待，看太空制造业如何助推人类征服星辰大海。