“天空之城”，从深空居住舱开始……

航天 · 2016-10-31 15:32:50

未来“天空之城”的想象图迄今为止，针对不同的任务目标，国外已经提出了多种居住舱的方案，大致可以分为两大类：深空轨道居住舱和行星表面居住舱。深空轨道居住舱：“房源”不少，材料考究20世纪90年代，美国宇航局约翰逊空间中心开始研制TransHab 充气舱，计划用于国际空间站的扩展舱及载人火星探测，居住舱发射时直径为4.3米，在轨展开后增至8.2米，体积约为339.8立方米。2000年，美国宇航局取消了TransHab充气舱项目，并以数亿美元将这项技术卖给了亿万富翁罗伯特·毕格罗，用于普通民众的太空旅馆。然而毕格罗所在的毕格罗航空航天公司在成功收购TransHab 的知识产权后，进一步发展了充气式居住舱技术，并先后于2006年7月和2007年6月，借助俄罗斯第聂伯运载火箭发射了“起源一号”和“起源二号”充气式太空舱，并成功在轨充气展开。目前，毕格罗航空航天公司正在建造两种规格的太空舱模型：能够容纳3人的日舞太空舱和能够容纳6人的BA-330太空舱。此外，美国宇航局还提出过，在地月间的拉格朗日点建立空间站。该空间站系统由3部分组成，即空间站、乘员运输飞行器和太阳能发电推进装置。该空间站的总长为19.8米，充气后最大直径为12.8米，可用容积为575立方米。德国在这方面的发展也是可圈可点的。他们提出过自由飞航天器方案。事实上，这是一个大型的深空轨道居住舱。自由飞航天器可以在地球静止轨道、低月球轨道、地月拉格朗日点轨道等多个轨道工作。该航天器需要直面更恶劣的行星际环境，对辐射防护提出了更高的要求，其设计寿命为至少5年，支持至少3人执行深空任务。行星表面居住舱：构思独特，“格局”巧妙另一类是行星表面居住舱。俄罗斯科尔德什科研中心研究过一种刚性月球舱就是属于行星表面居住舱，能容纳的人数为至少6人。这种刚性月球舱是一种基于空间站核心舱和节点舱，同时结合月球车移动及月面着陆器垂直下降和起飞技术的创新性方案。美国InFlex 月球舱是由LaRC 公司、JSC公司和ILC Dover公司于2007年联合研制的一种新型的充气式月球舱。该舱直径为3.65米，通过一扇密封门与另外一个较小的圆柱状气密过渡舱相连。另外，欧空局提出的一种构建在月面下的月球基地居住舱也非常有创意。该居住舱的主体结构建在月面下，同时在月面上设置一个密封舱，通过挖掘和烧蚀月壤进行月面下主体结构的构建。而月面上的密封舱内种植多种绿色植物，其密封结构采用透明材料，这样便于利用太阳光。同时，月面下的密封舱又分为多层，分别用于工作、居住、娱乐等。该月球基地居住舱的建造结构采用月球混凝土，使用3D 打印技术，以就地取材的方式建设。两类深空居住舱：各有长短，还需完善分析以上几类典型的深空居住舱方案，我们可以依据建造材料和结构形式的不同，分为刚性舱结构、可展开式结构和建造式结构3大类。刚性舱结构具有组装简单，设计制造技术相对成熟等特点，是目前载人航天器的主要结构形式，比如国际空间站等就是典型的刚性居住舱。可展开式结构的优点是主结构单位活动空间的质量小，折叠状态体积和质量受火箭限制较小，而难点体现在构建材料、密封、防护等技术方面。建造式是利用携带的建材或行星表面原位资源建设的固定或移动建筑，该形式利于较大规模的行星探测，而难点在于行星表面建设难度大，原位资源利用和3D 打印技术等难题需要攻关。此外，根据具体任务还可以将3种结构形式混合使用，取长补短，从而提高使用的效率。根据深空居住舱的任务与未来发展方向，其主要发展的核心技术包括4个方面。先谈谈空间辐射防护技术。在深空探测任务中，人类远离地球磁场的保护，容易受到空间辐射的影响，对航天员造成损伤。因此在深空居住舱的研制过程中，空间辐射损伤评估和防护是需要解决的关键问题。再谈谈人工重力技术。在深空探测任务中，长期的微重力环境也会影响航天员的健康与高效工作，因此需要人工制造重力环境，以满足航天员长期在轨需求。然后是充气可展开结构及材料技术。与传统的金属刚性舱体相比，充气式舱体在重量和体积方面具有明显的技术优势，能够以较低的重量成本为航天员提供更大的活动空间或容纳更多的仪器设备。充气可展开结构的常见形式为薄膜结构，通常是很薄的低模量的材料，如高分子膜。最后是行星原位资源的利用与3D 打印技术。3D 打印技术作为“第三次工业革命的重要标志”，如果能够利用行星表面资源使用3D 打印技术建造行星基地居住舱，那么将极大地简化建设作业，降低运输成本。（王平）

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