【文/观察者网 陈思佳】
十多年前，美国国家航空航天局（NASA）资助了一个名为SpiderFab的项目，寻求开发一种能够在轨建造大型结构的机器人，相关研究到目前为止还没有真正落地。不过，中国科学家近日表示，已在实现这一目标的关键技术上取得了进展。
据香港《南华早报》4月23日报道，中国科学院沈阳自动化研究所等单位在空间大型结构在轨建造领域取得重要突破，成功研发出一种碳纤维/聚醚醚酮复合材料管状单元拉挤成型与激光透射焊接一体化技术，为在轨建造大型结构提供了轻量化、高强度且可靠的方案。
过去几十年里，航天机构一直通过在轨组装的方式，建造空间站等空间设施。但近年来，随着空间太阳能电站、超大口径天线等大型结构成为航天发展的重点，传统的地面制造成型、火箭发射入轨的模式已面临瓶颈，现有的运载火箭难以携带这些尺寸巨大的构件。
因此，各国科学家开始探索更先进的在轨建造技术。例如，NASA投资的SpiderFab项目寻求研发一种“太空蜘蛛机器人”，它可以利用3D打印技术，使用碳纤维材料直接在轨道上制造各种大型结构部件。不过，到目前为止，美国和欧洲提出的各种设想都还没有真正落地。
中国科学院沈阳自动化研究所近日宣布，在空间大型结构在轨建造领域取得重要突破，成功研发出一种碳纤维/聚醚醚酮复合材料管状单元拉挤成型与激光透射焊接一体化技术。
论文Manufacturing and Joining of Composite Units for On-Orbit Construction of Large Structures in Space展示的在轨建造原理
沈阳自动化研究所在声明中表示，研究团队针对在轨建造两大核心难题——高性能结构单元高效制备与构件间可靠连接，提出全新技术路线：采用碳纤维/聚醚醚酮热塑性预浸带，通过连续拉挤工艺制备中空管状构件。
声明说，研究团队系统分析了温度与拉挤速度对力学性能影响，确定了最优工艺参数，制备的复合管兼具高比强度、高刚度与优良环境适应性，非常适合空间长期服役。
在连接技术上，研究团队创新采用3D打印高透光聚醚醚酮接头配合激光透射焊接，实现管件与接头高精度、高强度一体化连接。该方式非接触、应力均匀、效率高，有效克服了传统胶接易老化、机械连接重量大、可靠性不足等缺陷，焊缝稳定满足空间结构承载要求。
为了验证工程的实用性，研究团队基于该技术，在实验室里开展了抛物面天线桁架缩比样机集成制造，实现了从材料、成型、连接到结构装配全流程贯通，证明所提出的方案适用于空间在轨自动化建造。
这项研究已于4月3日发表在期刊《空间科学与技术》上。
研究团队在论文中表示，在轨建造技术代表了未来航天技术发展的一个重要方向。研究团队下一步将针对在轨应用的具体条件和限制，进一步优化相关工艺参数，并集中于研究太空环境中的紫外线辐射和其他宇宙射线等外部因素对材料特性的潜在影响。
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