美国国防高级研究计划局正在探索在太空中来建造大东西的方法

By Elizabeth Howell 

2022/5/11

Tech

一项新的美国国防高级研究计划局项目寻求来测试可以启动地球外制造的想法。

艺术家的美国国防高级研究计划局的新型轨道月球制造、材料和质量效率设计（NOM4D）计划的印象。 (Image credit: DARPA)

美国军方已在解决太空制造需求新计划下授予一项合同，作为降低太空飞行成本的一个更大努力的部分。

太空制造可以允许人类有效地建造大型结构，用从地球发射或在诸如月球或火星等另一个世界收获的材料。可以想象在不久的将来，这样的工作可能会在月球上开始，特别是随着私人作为美国宇航局的商业月球有效载荷服务计划的一部分着陆使命的到来。

太空制造仍处于它的起步阶段，美国军方要帮助它。美国国防高级研究计划局官员几周前表示，美国国防高级研究计划局（DARPA）最近与八个团队开始合作来展示概念的证明，“以便在轨道上不受发射施加的体积限制生产未来的空间结构”。

美国国防高级研究计划局官员说， “新型轨道月球制造、材料和质量效率设计”的缩写NOM4D计划 ------将测试有朝一日可以被用在地球外的材料科学、制造和设计技术。（然而，现在资助的初始阶段将不在太空中）。

美国国防高级研究计划局官员说，虽然新型轨道月球制造、材料和质量效率设计没有立即考虑在月球上或环绕月球使用的技术，但该计划寻求能够和评估的环绕地球的结构最终可能允许美国军方监视地月空间。地月空间被认为是美国军方的一个优先领域，鉴于该地区中越来越多的商业和政府活动。

地月空间空间是美国军事的一个优先事项，因为计划中的月球驱动的政府和商业计划的数量. (Image credit: NASA)

正如美国国防高级研究计划局所指出的那样，将东西发射到太空的麻烦在于这些物体受到火箭的尺寸和升力能力的约束，更不用说振动了。例如，这就是为什么天线往往被在太空中展开的。它们是来另外发射的笨拙物体。

美国国防高级研究计划局国防科学办公室的新型轨道月球制造、材料和质量效率设计项目经理比尔卡特在同一份声明中说，“目前的太空系统在被发射到一个稳定的轨道上并部署到它们最终的操作结构中之前都是在地球上设计、建造和测试的，这些约束对于大型结构如太阳能电池阵列、天线和光学系统尤其的严重的，在这些结构中尺寸对性能是至关重要的”。

在太空中创造更复杂的结构可能需要将它们建在适当的就像国际空间站是如何一点一点地组装在一起一样的位置。但与国际空间站的宇航员在Canadarm2机械臂的帮助下进行了数十次太空行走的建造相比，未来的太空制造设施可能几乎完全的使用机器人技术。此外，未来的设施将负有使用原材料的任务，而不是像构成国际空间站的那些预组装组件。

国际空间站及其Canadarm2（如图）是太空建造的早期例子 (Image credit: nasa)

美国国防高级研究计划局强调新型轨道月球制造、材料和质量效率设计不打算将原材料发射到太空来收集月球样本或还建造任何结构。该机构陈述该计划将在未来10到20年内允许在“潜在的后续努力”中潜在的“轨道实验”。然而，目前计划有三个初始阶段。

美国国防高级研究计划局声明，“在第1阶段，项目执行者负有满足支持一兆瓦级太阳能电池阵列的严格结构效率目标的任务，在第2阶段，团队负有提高质量效率并展示射频反射器的精密制造的任务。在最后阶段，执行者负有展示红外反射器的精度的任务”。

用美国国防高级研究计划局的话来说，太空材料和制造接受者及其任务的完整列表包括：

·                                 加利福尼亚州马里布HRL实验室开发新的无模制造工艺来在轨道上制造轨道机械元件和键联的结构。

·                                 佛罗里达大学盖恩斯维尔分校，开发预测材料和共相关工艺模型使在轨道上使用激光成形成为可能。.

·                                 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校，利用自激的正面聚合化开发高精度的太空复合成形工艺。

·                                 马萨诸塞州安多弗物理科学公司开发用于大规模轨道应用的风化层衍生玻璃陶瓷机械结构的连续制造。

·                                 加利福尼亚州千橡市特勒达因科学公司构建一个添加剂改性风化层的综合材料性能数据库，用于受控的热膨胀精度轨道结构。

\    用美国国防高级研究计划局的话来说，太空制造接受者及其任务的质量效率设计列表是：

·                                 密歇根大学安娜堡分校，探索基于元材料和元阻断概念的质量效率、高精度、稳定和弹性空间结构的新设计方法。

·                                 科罗拉多州拉夫兰市的奥普特如斯研究和开发公司开发针对弹性和移动性优化的极端质量效率的大规模大型结构的设计。

·                                 加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院设计有高度各向异性机械响应的新型张力和弯曲混合架构和结构部件。