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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只管对外表露的技能细节并不多，但从这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事情的加工制造平台，包括了主体构造、工具库、材料库以及加工用机器臂等举动步伐。就像一个在太空中运行的车间一样，设想中的“太空工厂”能够一边环抱地球运行，一边生产出卫星等航天器所需的零件、模块，乃至生产全体卫星。
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，它实在是欧盟委员会旗下早在2014年就启动了的、更为伟大的一个系列研究操持PER ASPERA（拉丁语，意思是“历经艰险，抵达星辰”）的一部分。在这个系列研究操持设想里，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劳碌的生态系统。为了给这幅未来图景做好技能储备，PER ASPERA操持开始环绕太空机器人技能（SRT）展开一系列的研究。
项目官网上公布的2016~2024年技能路线图，把未来太空机器人的干系技能分成了“在轨技能–通用模块技能–行星技能”3条并行的路线。这一次的“太空工厂”项目，便是太空机器人研究操持关于在轨技能路线的一个技能演示项目。
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欧盟为何要开展长达十年的项目，考试测验在太空中生产卫星？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构造选择范围。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，终极发射进入太空轨道。这样的制造–发射流程，使得卫星的体积和构造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”的构造设计。
但这种“胖盒子+折叠翅膀”的单一构造，很多情形下并不是卫星实行任务的最佳几何构造。比如，一些遥感、通信卫星所用到的天线每每须要巨大的空间延展范围（从几十到上千米不等）。这种巨大的机器构造，如果一定要折叠在狭小的火箭头部，技能上会带来极大不便。实在，太空工程师曾经设计出很多富有想象力、功能更强大的几何构造的卫星，都由于无法被折叠到火箭里而“胎去世腹中”。
在“太空工厂”生产卫星，便可以把卫星的几何构造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，卫星的构造在理论上可以是任意的。乃至，“太空工厂”可以像蚂蚁筑巢一样，逐步在太空中建筑出一个比自身大得多、繁芜得多的航天器，这将极大地解放太空工程师的设计想象力。
第二个优点，使更低的卫星构造可靠性哀求成为可能。卫星在太空中的事情环境是真空+微重力，意味着不同零件之间并不会由于重力造成相互挤压。仅在这个意义上，卫星的力学构造不用再造得多么“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殊“结实”。因此直到本日，不管是卫星的整体构造还是上面的零部件，发射升空前都必须要经由最苛刻的力学冲击和振动测试，以确保整体构造能够在“车祸”一样严厉的冲击+振动环境中无缺无损。
这种对可靠性的超高哀求，使得卫星所利用的零部件每每要经由千挑万选，非常昂贵，提高了整体造价；同时，很多性能上风明显却唯独不太结实的构造方案，无法被终极采取。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器构造框架。
第三，可以模块化卫星设计，供应敏捷的卫星修复能力。在欧盟“太空机器人操持”的技能路线图中，模块化的航天器设计是一个承上启下的技能环节。所谓模块化的设计理念，便是把卫星拆分成几个标准化的功能模块（就犹如手机中的摄像模块、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全的卫星。
欧盟“太空工厂”的根本目标，是让人类在太空中能够先独立生产卫星中的某个或者某些功能模块。这样做的一个非常巨大的好处，是可以快速、低成本地对太空中的卫星进行维修。现如今的很多卫星，常常由于动力模块消耗或者天线破坏等局部小毛病导致整体报废。如果在太空中能够快速独立生产出更换的功能模块，再由太空维修机器人将全新的模块进行改换，就可以大大提高卫星在太空中的利用寿命，提高维修速率，并且降落全体卫星系统的掩护本钱。
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欧盟“太空工厂”的干系技能属于被称为“太空制造”技能的前沿科技范畴。不过，在这一领域，欧盟还不是全天下进展最快的，美国依然是技能积累最多的国家。
2011年，美国国家航空航天局（NASA）就已开始太空制造干系技能的验证和探索。2014年，美国在国际空间站安装了3D打印实验设备，首次从地面遥控操作国际空间站的3D打印制造。到了2016年，国际空间站已经开始利用所谓实用型增材制造设备（AMF）制造具有实用代价的物品。当前美国着力支持空间实验工厂（FabLab）项目，委托Interlog、TechShot等科技公司研究在太空中支配加工包括金属构造、陶瓷构造、聚合物构造、电子元器件等在内的多种复合股料，并且勾勒出了分为四阶段的2014~2035年太空制造技能发展路线图。目前开展火热的FabLab项目处于第三阶段。
中国在太空制造技能领域同样取得了突出的技能成果。中国科学院2017年正式成立了太空制造技能重点实验室，依托中国科学院空间运用工程与技能中央开展太空制造技能的干系研究。截至目前，中国在太空中聚合物、陶瓷材料的3D打印以及太空制造技能的干系设备研究等方面都取得了可喜进展。
不论是美国、欧盟还是中国的太空制造研究项目，都还处于早期技能探索和演示验证阶段，间隔投入真正意义上的实际运用，大概还有5~10年的韶光。
而总体看，未来的发展可能会分成三个阶段：首先，现阶段以及未来的5~8年，人类有可能实现部分零部件乃至功能模块的太空制造，并且对现有的卫星展开类似零部件更换回收等任务；第二阶段，也便是在2035年前后，有可能形成真正意义上的太空工厂，为月球开拓、火星探测等任务供应干系支持；第三阶段，会环绕火星–月球–小行星–地球周边轨道的层次化构造，构建起一套繁芜的太空根本举动步伐生态，为人类在太空中的资源利用和开拓供应完全的支持。
只不过，间隔这一天的到来，我们还有无数的困难须要战胜。大概，这正是欧盟委员会将这一项目命名为PER ASPERA的缘故原由。（作者系清华大学精密仪器系博士研究生）
栏目主编：张武 笔墨编辑：董思韵 题图来源：图虫创意 图片编辑：笪曦
来源：作者：环球
