NASA擬打造具有“模擬重力”的巨大千米級(jí)空間站

不過(guò)NASA似乎對(duì)這個(gè)想法很感興趣--向來(lái)自卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(CMU)和華盛頓大學(xué)(UW)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)提供了60萬(wàn)美元的NASA先進(jìn)概念研究所(NIAC)第二階段撥款，該團(tuán)隊(duì)正在尋求開(kāi)發(fā)一種能夠模擬完全地球重力的結(jié)構(gòu)并通過(guò)單一火箭發(fā)射。

相關(guān)的“單次發(fā)射的公里級(jí)空間結(jié)構(gòu)(Kilometer-Scale Space Structure from a Single Launch)”項(xiàng)目最初則是在去年被NIAC計(jì)劃錄取。在過(guò)去的一年里，他們成功地完成了第一階段的項(xiàng)目，他們分析了一個(gè)類(lèi)似于月球門(mén)戶(hù)的任務(wù)概念，它可以部署成一公里長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)。由于達(dá)到了NASA對(duì)該計(jì)劃的期望，所以由CMU的Zac Manchester教授和華盛頓大學(xué)的Jeffery Lipton領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)最近被接納為2022年NIAC研究員。

不過(guò)這并不是第一個(gè)解決太空中大型結(jié)構(gòu)想法的NIAC項(xiàng)目。NextBigFuture在2021年報(bào)道了大約十幾個(gè)NIAC資助的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目將利用新的超材料并在太空中大幅擴(kuò)大其尺寸。NASA也不是唯一的支持者--中國(guó)的國(guó)家科學(xué)基金會(huì)也已經(jīng)支持了開(kāi)發(fā)一公里大小物體的努力，金額約為230萬(wàn)美元。

雖然這樣的大型結(jié)構(gòu)需要大量投資，但它們也有很大的潛在好處。利用離心力達(dá)到地球的引力有兩種選擇：要么就是旋轉(zhuǎn)得非常非常快，要么就是有一個(gè)非常非常大的旋轉(zhuǎn)軸。然而不幸的是，人類(lèi)，作為一個(gè)軟綿綿的水袋并不喜歡長(zhǎng)時(shí)間的超高速旋轉(zhuǎn)。科學(xué)認(rèn)為不適的旋轉(zhuǎn)速度極限約為每分鐘3轉(zhuǎn)。因此，要想以低于3轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)并仍能享受到整個(gè)地球的模擬重力，這個(gè)結(jié)構(gòu)本身必須有一公里長(zhǎng)。

截止到目前，在一次火箭發(fā)射中容納這么多材料已被證明是不可能的。但Manchester博士和他的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為他們已經(jīng)找到了解決這一不可能問(wèn)題的潛在辦法--“高膨脹率可部署結(jié)構(gòu)(HERDS)”。HERDS本身利用了兩種新穎的機(jī)械創(chuàng)新--剪切輔助技術(shù)和分支式剪刀機(jī)制。

剪切輔助技術(shù)是一種新型的超材料，當(dāng)以手性模式拉動(dòng)時(shí)將會(huì)膨脹。手性水平還可以控制材料的硬度。它們似乎在機(jī)器人應(yīng)用中作為線(xiàn)性致動(dòng)器和抓手獲得了吸引力，但它們?cè)谔罩械氖褂们闆r則還有待證明。

分支式剪刀機(jī)制則是另一種從緊湊結(jié)構(gòu)中展開(kāi)更大結(jié)構(gòu)的方式。最初由Youtuber和藝術(shù)家Henry Segerman開(kāi)發(fā)，枝狀剪刀機(jī)構(gòu)從更緊湊的結(jié)構(gòu)扣成了更大的結(jié)構(gòu)。

理想情況下，這些系統(tǒng)中的一個(gè)或兩個(gè)將發(fā)揮作用，進(jìn)而創(chuàng)造出一公里規(guī)模的太空棲息地的結(jié)構(gòu)來(lái)模擬地球重力的速度旋轉(zhuǎn)。Manchester、Lipton博士及其團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們可以利用這些技術(shù)來(lái)創(chuàng)造管狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)包裝在火箭整流罩中時(shí)則可以擴(kuò)大到其尺寸的150倍。這是一個(gè)雄心勃勃的目標(biāo)，但他們有時(shí)間和一些資金來(lái)進(jìn)行這項(xiàng)工作。在兩年的NIAC研究期結(jié)束時(shí)，如果這個(gè)想法足夠充實(shí)，這些新技術(shù)甚至可能有時(shí)間被整合到月球門(mén)戶(hù)的計(jì)劃中。