北京
來源：碳纖維研習社
多年來，美國國家航空航天局（NASA）曾資助過一個名為“蜘蛛制造”（SpiderFab）的項目。該項目的設想是制造一種類似蜘蛛的機器人，使其能夠在軌道上爬行，利用碳纖維線軸“編織”出巨大的太陽能電站和天線。這些宏偉的結構尺寸過于龐大，任何運載火箭都無法將其整體送入太空。
盡管“蜘蛛制造”項目最終未能真正走向太空，但來自中國北方——中國科學院沈陽自動化研究所的科學家們近日表示，他們已經攻克了實現這一宏大目標的關鍵技術。
突破傳統：在軌建造不再受火箭整流罩限制
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據沈陽自動化研究所介紹，該研究團隊成功研發出一套輕量化、高強度且高可靠性的在軌建造方案，相關成果已于4月3日發表在國際權威期刊《空間：科學與技術》（Space: Science & Technology）上。
（根據本月發表于《空間：科學與技術》期刊的論文《用于在軌大型空間結構建造的復合材料單元的制造與連接》，圖示為在軌建造的基本原理。）
幾十年來，航天機構一直采用“地面制造、發射入軌”的模式。然而，隨著空間太陽能電站、超大口徑天線等超大型空間設施成為航天發展的重點，傳統模式已面臨瓶頸。運載火箭的整流罩尺寸有限，且發射過程中的劇烈過載對精密脆弱結構極不友好，這使得建造數百米甚至公里級的超大結構變得異常困難。
而在軌建造技術則徹底打破了這一桎梏。正如研究團隊所言：“在軌建造無需折疊發射，也不受運載尺度的限制。構件可以直接在空間完成制備、連接與集成，這有望成為下一代航天系統的核心技術。”
硬核技術：碳纖維拉擠成型 + 激光透射焊接
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沈陽自動化研究所的團隊將研發重點聚焦在在軌建造的兩大核心難題上：如何高效制備高性能的結構單元，以及如何實現構件間的可靠連接。
- 高性能構件制備：團隊采用碳纖維復合材料作為基礎原料，通過精確控制熱量和壓力，利用連續拉擠工藝將其制成細長的中空管狀構件。通過對溫度和拉擠速度的精細調控，他們優化了材料的工藝參數，使其兼具高比強度、高剛度以及適應空間長期服役的優良環境適應性。
- 無螺栓激光連接：在連接技術上，團隊創新性地引入了3D打印的連接件，并利用激光將碳纖維管材與接頭進行透射焊接。這種非接觸式的連接方式，不僅摒棄了傳統容易老化的膠粘劑，也省去了增加重量的螺栓，實現了高精度、高強度的一體化連接，焊縫應力分布均勻，非常適合軌道上的長期使用。
從設想到驗證：中國方案的落地
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雖然在太空組裝構件并非新鮮事——自20世紀80年代以來，宇航員們已經通過螺栓連接的方式，歷經13年、40多次發射，組裝完成了長達109米的國際空間站。但工程師們長久以來的夢想是更激進的一步：直接利用原材料在軌道上制造結構，從而徹底擺脫尺寸束縛。
多年來，歐美提出了多項在軌制造與組裝衛星的計劃，但大多仍停留在概念階段。而沈陽自動化研究所的團隊不僅在技術上取得了實質性進展，還在實驗室中成功搭建了一個縮比的天線結構模型，有力驗證了這一方案的可行性。
下一步：直面太空環境的考驗
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目前，該研究團隊已將目光投向了更實際的太空環境驗證。下一步，他們將重點研究這些碳纖維復合材料構件在真實太空條件下的表現，特別是長期暴露于紫外線和宇宙輻射下，材料性能的穩定性與耐久性將如何變化。
隨著這項關鍵技術的突破，未來空間太陽能電站、深空基礎設施以及大型在軌服務平臺的建造，或將不再遙不可及。
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