下一个边疆：不止于“地球发射”，也在于“太空建造”。

本文来自微信公众号： 范阳 ，作者：范阳，编辑：范阳

在浏览一个由年轻科学家发起的新型研究组织Manifold Research的时候看到这篇博客文章（CC:Rhei0x)。

manifoldrg.com

看起来Manifold Research的发起人主要是几位美国普渡大学的博士生，来自不同的科学和技术领域，组成了一个多学科交叉研究网络。这是我非常欣赏的打破边界的组织模式，在以前的文章里也分享过类似的理念：21世纪的贝尔实验室是一家前沿AI公司，或者是一个网络。

科学之家：让我们组建一支“船队”。

“Manifold是一种新型研究组织，它将聚焦的"登月级"研究项目与强大的协作网络相结合，以应对那些对学术界而言工程强度过大、对企业而言研究深度过高的挑战。Manifold前沿网络（Manifold Advancement Network）汇聚了学术研究团队、产业界团队、初创公司、基金会和专业服务提供商，使那些传统机构难以独立支撑的工作得以开展。我们目前与多家研究团队以及来自领先科技公司的行业合作伙伴展开合作。该网络使我们能够更早地验证概念、获取多元化的专业知识，并通过跨越组织边界连接各方能力来加速进展。”

他们主要的两个长期研究目标也很有远见：

1.GOLEM（工程化心智中的通用全能多模态学习，Generalist Omnimodal Learning in Engineered Minds）是一项长期研究计划，专注于构建能够跨任何输入和输出模态进行感知、推理、适应和行动的AI系统。该计划探索AI系统所需的基础架构、训练方法和评估框架，使其能够处理多模态输入、生成适当的输出、适应新情境，并持续不断地进行学习。

2.轨道船坞（The Orbital Yard）是一项研究计划，专注于实现自主、可扩展的在轨建造。许多关键的空间系统，如大型太阳能阵列、轨道工厂和公里级望远镜，体积过大或结构过于脆弱，无法以完全组装的状态发射升空，必须在太空中进行建造。该计划致力于开发自主在轨建造所需的核心基础能力，包括自主模块化结构组装、大型物体的协同运输与交接，以及在密集轨道环境中的安全导航。

这篇文章来自于Manifold的联合创始人Sidh Sikka，他是一名航天工程和自动化专业的博士生，很好地提出了技术范式的变化以及工程上要解决的难题，比如：

“一旦建造变得分布式，问题就超出了机械工程的范畴，进入了计算领域。随着智能代理数量、部件数量和交互数量的增长，集中式规划将不堪重负.....

.....新的模式必须是分布式的、自适应的，并且越来越自主.....

.....没有一个现有机构天然就是为解决这个端到端的完整问题而设立的。”

不过工程师的视角之外也有盲区，可能今天最伟大的科技愿景也同时是一个社会工程，各个国家需要平衡竞争与合作，还有连接“投入前沿探索”与“普通人的民生问题”，并且需要诚实的负责人和科学上的严谨，因为我们生活在一个更加极化和混沌的世界里。这也让我想到曾经的大航海时代造就了港口、地图术与全球贸易网络，也随之产生了战争和民族国家，但最终它改变的是每一个普通人的餐桌和见过的视野，还有让那些精美的植物，艺术和“口味”在全世界扩散。随着AI和新技术层出不穷，我们的思维和生活边界一定会继续扩展，新技术本身的“物理属性”也决定了我们会扩展到更深的现实和更远的地方，但也许最重要的，还是生命本身的存续和丰富，我们会拥有什么样前所未有的体验和现在想象不到的生活方式？还有我们会发现什么样新的生命，和重新理解生命本身？

在这篇文章里提到的自组织和自组装飞船建造的理念，有一个更激进的“bio-autoship"的想法，感兴趣的朋友可以阅读这篇文章：

在我们有生之年，我们会看到自己或者下一代成为星辰间的孩子。

希望今天的文章能带给你启发。

The future of space is too big to fit inside a rocket

作者：Sidh Sikka

编辑：范阳

发表日期：2026年7月23日

概要：

In brief:

• 人类已经学会了如何抵达太空，但尚未学会如何在太空中大规模建造。

  
  

• 今天的太空系统，仍然受到“能够装进火箭里的东西”的限制（constrained by what can fit inside a rocket），因此我们只能建造规模较小、脆弱且高度任务定制化的太空基础设施（limiting us to relatively small,fragile,mission-specific infrastructure）。

  
  

• 如果能够实现公里级规模的轨道空间建造，将彻底改变这一切，使我们能够建造人工重力空间栖息地（artificial-gravity habitats）、轨道船坞（orbital shipyards）、超大型望远镜（massive telescopes）、深空运输系统（deep-space transport systems），以及地球之外永久性的工业基础设施。

  
  

• 关键的转变在于从"部署"思维转向"建造"思维（deployment to construction）：不再从地球发射完整的系统，而是让自主机器人在轨道上直接建造大型结构。

  
  

• 这将使太空更安全、更有用、更宜居—将它从一个我们短暂到访的恶劣环境，转变为一个文明可以持续存在并蓬勃发展的新边疆。

  
  

• 所需的要素正在逐步就位：可重复使用的运载火箭、更便宜的轨道运输成本、批量生产的航天器、更先进的机器人技术，以及日益强大的自主系统。

  
  

• 最终，这带来的不仅仅是一个更大的太空经济。它将创造一种拥有更多空间、更强韧性、更多奇迹，并重新拥有真正前沿探索精神的文明（a civilization with more room,more resilience,more wonders,and a real frontier again）。

  
  

我们目前无法在太空中建造任何超过约100米规模的结构。同时，我们也无法将更大的物体直接发射进入轨道。为此，我们不得不面对一个被称为“火箭方程的暴政”（Tyranny of the Rocket Equation）的问题。

注：Tyranny of the Rocket Equation

https://www.kmi.space/columns/tyranny-of-the-rocket-equation

这个火箭工程中的基本限制意味着：你想要送入轨道的质量越大，就需要越多的推进剂；而更多的推进剂又会增加系统总质量，于是需要更多推进剂，如此循环。这种不断累积的质量负担，成为人类大规模进入太空的根本瓶颈。但现在，让我们暂时想象一下：这个问题已经被解决了。

如果我们成功了呢？

What if we win?

人类将再次成为一个拥有前沿边疆的文明（a frontier civilization），一个拥有持续成长空间的文明。

地球上的旧边疆都是有限的。太空则完全不同。太空不是一片大陆，也不是一块需要从其他人手中夺取的领土（除非我们发现外星文明—那将会非常有趣）。它是真正意义上的“终极边疆”：无限的边疆。这里有卫星、行星、小行星、海洋、风暴、星环、火山，以及无数从未被人类触及的世界。

但任何前沿边疆都需要基础设施（But frontiers require infrastructure）。港口、公路、船只、补给站、工坊、庇护所、地图。

在太空中，这些东西将对应为：轨道船坞、人工重力栖息地、燃料补给站、辐射防护设施、维修空间站、能源系统，以及大规模自主建造机器人集群。一旦这些基础设施存在，空间探索就不再是罕见的国家形象工程，而成为一个生机勃勃的、活着的边疆（exploration stops being a rare act of national theater and becomes a living frontier）。

如果我们能够在轨道上建造公里级规模的结构，我们就可以建造拥有人工重力的空间站。几十年前，科学家们就研究过奥尼尔圆筒（O’Neill cylinders）以及其他旋转式空间栖息地，认为它们可能成为未来大规模太空定居的路径。但这类结构的规模远远超过目前从地球整体发射的能力。

我们可以建造母舰和轨道船坞：在地球上方组装巨型飞船，在轨道中进行维护，并建立通往火星、小行星带以及外太阳系的定期货运和人员运输路线。未来，我们不再把每一次深空任务都视为一次孤立的远征，而是开始建设一个星际文明所需的物流基础层。太阳系将不再像是一组遥远的目标点，而会逐渐变成一个相互连接的世界。

我们还可以建造赋予人类全新感知能力的观测设施（build observatories that give humanity entirely new senses）。公里级建造还能使新型分布式天文台成为可能，其中包括能够探测普通光线无法触及的宇宙区域的引力波探测器（gravitational-wave instruments）。

如今，宇宙微波背景辐射（Cosmic Microwave Background）是我们能看到的最古老的光—它是宇宙在大爆炸后约38万年首次变得透明时留下的余晖。在此之前，宇宙对光是不透明的。但引力波是时空本身的涟漪，大型天基引力波天文台或许有朝一日能帮助我们研究宇宙诞生最初时刻所发生事件的痕迹。

其他巨型天文台则可能帮助我们揭示宇宙黑暗时代（Cosmic Dark Ages）—即第一批恒星和星系点亮宇宙之前的那段神秘时期。那个时代可能隐藏着物理学中一些最大未解之谜的线索，包括日益严峻的宇宙学危机（Crisis in Cosmology）：即测量宇宙膨胀速率的不同方法目前无法得出一致结果。换句话说，太空建造不仅让我们能造出更大的机器，它还可能帮助我们回答人类最古老的问题（the oldest human questions）：这一切从何而来？宇宙由什么构成？它的最终命运是什么？我们是孤独的吗？

仅仅太阳系本身，就充满了奇迹。

你难道不想亲眼看到：土卫六（Titan）的冰火山？木卫二（Europa）隐藏的深海？海王星上的钻石雨？木卫一（Io）喷发的巨大火山？土星壮丽的星环？土星北极那个神秘的六边形风暴？

奇迹能够把人类从当下狭小的视野中拉出来（Wonders can pull people out of the smallness of the present）。它们让未来重新变得宏大。它们给予文明共同敬畏的对象、共同奋斗的目标，以及共同向外探索的理由。

但这一切都不会自行发生。其中的每一部分—船坞、栖息地、天文台—都依赖于我们尚未掌握的一项能力：如何在轨道上真正实现那样的尺度建造。那么，究竟是什么在阻挡我们？

瓶颈所在

The Bottleneck

国际空间站是人类历史上最伟大的建造工程之一，但它从头到尾也只有109米长。它的大型组件通过42次组装飞行送达，宇航员进行了多次太空行走用于建造、维护和升级。

可居住容积：13,696立方英尺（388立方米），不含到访飞行器

加压容积：35,491立方英尺（1,005立方米）

发电能力：8组太阳能阵列提供75至90千瓦电力

计算机代码行数：约150万行

这是一项非凡的成就，但它并非建造十倍乃至百倍更大结构的可扩展方案。这些结构也无法整体发射—猎鹰火箭（Falcon）的整流罩直径约5.2米，即使是星舰（Starship），直径也只有9米。按照今天的标准，这些都是巨大的航天器。但对于公里级规模的空间栖息地、轨道船坞、能源系统和大型观测站而言，它们仍然无法作为有效载荷被整体送入太空。

这就是瓶颈所在。公里级建造不能以单个巨型物体从地球发射的方式完成，它必须分散为许多更小的模块、许多机器人代理和许多组装步骤。但一旦建造变得分布式，问题就不仅仅是结构性的了—它同时变成了一个关于自主性、协调、感知、控制和规模化可靠性的复杂问题（a problem of autonomy,coordination,sensing,control,and reliability at scale）。

美国宇航局已将这一领域视为一个活跃的研究方向，而非已解决的技术能力。其2025年发布的《在轨服务、组装和制造现状》报告（2025 ISAM State of Play）将在轨服务、组装和制造划分为多个能力领域，包括机器人操作、交会、对接、配合、重定位、检查和维护（organizes in-space servicing,assembly,and manufacturing into multiple capability areas,including robotic manipulation,rendezvous,docking,mating,relocation,inspection,and maintenance）。其中许多能力已在不同任务中得到零散验证，但尚未被整合到一个经过全面验证的大型自主建造架构中。

注：In-space Servicing,Assembly,and Manufacturing(ISAM)State of Play

https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20250008988/downloads/NASA_ISAM_State_of_Play_2025_Edition.pdf

这个瓶颈迟迟未能突破，有三个原因。

第一，结构性问题（structural）。公里级系统无法作为单一物体发射，也无法像放大版的当代卫星那样简单"部署"。它们必须由大量更小的部件组装而成。这意味着任何严谨的大型太空建造方案都必然是分布式的：大量模块、大量机器人、大量组装步骤，以及大量即使个别部件失效、系统整体仍需持续运转的关键节点（many modules,many robots,many assembly steps,and many points where the system has to keep working even if individual parts fail）。

第二，技术难题（technical）。一旦建造变得分布式，问题就超出了机械工程的范畴，进入了计算领域（Once construction becomes distributed,the problem stops being just mechanical and becomes computational.）。随着智能代理数量、部件数量和交互数量的增长，集中式规划将不堪重负（Centralized planning breaks down as the number of agents,parts,and interactions grows）。人类操作员无法从地球上精细控制每一个机器人的每一个动作。一个单一的“中央大脑”也无法可靠地实时协调成千上万个物理交互过程。

出路在于去中心化的自主性（decentralized autonomy）—机器人能够进行本地感知、自主制定本地计划、分配任务、纠正错误，并在信息不完整的情况下协同工作（robots that can sense locally,make local plans,allocate tasks,correct errors,and coordinate with partial information）。

但仅有自主性还不够。太空建造是一个真实的物理过程。机器人必须在不确定性条件下运输、对准、对接、连接和修理真实物体（Robots have to transport,align,dock,attach,and repair real objects under uncertainty）。时间、力度或方向上的微小误差可能在柔性结构中传递放大，破坏系统的稳定性。感知和通信能力可能退化。延迟、遮挡、振动、热变形和执行器误差也都是影响因素。这意味着机器人需要鲁棒的低延迟控制系统、容错对接接口，以及能在不确定环境中稳定运行的自主技术栈（the robots need robust low-latency control,tolerant docking interfaces,and autonomy stacks that work in an uncertain environment）。

第三，制度性障碍（institutional）。这个问题并不完全属于任何现有研究体系。学术实验室可以开发解决方案的各个部件，但通常缺乏验证完整轨道建造系统所需的资源。企业则往往被更近期的商业回报所吸引。航天机构可以推进在轨服务、对接、机器人和制造能力，但倾向于以循序渐进的方式进行。没有一个现有机构天然就是为解决这个端到端的完整问题而设立的（No existing institution is naturally built to solve the whole problem end to end）。

但眼下正是解决这个问题的最佳时机。

为什么是现在？

Why now?

运载火箭已不再是二十年前那样的瓶颈了。可重复使用火箭大幅降低了进入轨道的成本，同样重要的是，它们显著提高了发射频率。太空开发现在可以更像一个迭代的工程循环（an iterative engineering cycle）—这一点至关重要，因为大规模建造不可能通过一次完美的任务就解决，它需要反复尝试、失败、升级和验证。

太空硬件也正在走向工业化（Space hardware is also becoming industrialized）。卫星星座已经把航天器生产从定制化的航空航天工程，转变为更接近高吞吐量制造的模式。公里级规模的建造不会由一艘精美复杂的航天器完成。它将需要大量智能体、大量模块以及大量可替换的部件。

与此同时，计算能力、机器人技术、多智能体控制以及人工智能系统的发展，使得在没有人类操作员指挥每一个步骤的情况下协调建造任务，变得越来越有可能。过去那种经过精心编排、由人类参与控制的组装模式，无法扩展到数千个部件和数百台机器人的规模。新的模式必须是分布式的、自适应的，并且越来越自主（The new model has to be distributed,adaptive,and increasingly autonomous）。

一个现实可行的时间线可能分为三个阶段。近期，也就是未来0–5年，目标是建立一种基础的在轨建造服务：由小规模机器人团队在轨道上组装、移动和对接简单结构。中期，也就是未来5–20年，这些团队将发展成为更大规模的建造机器人集群，建造轨道船坞、中转平台以及第一批数百米规模的持续存在型结构。长期来看，也就是未来20–40年，我们可以转向原位资源利用和建造（in-situ）：不再从地球运送每一根梁和每一块面板，而是从小行星开采金属，将太空本身作为建造现场，实现公里级系统的建造和持续运行的轨道工业体系。

可能会出现什么问题？

What could go wrong?

第一个潜在风险是军事化（militarization）。让机器人能够检查、对接、维修或组装航天器的同样能力，也可能被用于干扰其他航天器。原则上，一个建造机器人群（construction swarm）也可以成为一个操控机器人群（manipulation swarm）。对于所有具有双重用途（dual-use）的技术来说，这种风险都是不可避免的。而事实上，第一批卫星对卫星操控武器已经完成了测试。

第二个风险是太空碎片。如果我们向轨道部署大量机器人代理和模块化结构，失效就会产生后果—一个损坏的部件就是一个碰撞风险源。糟糕的系统设计可能让轨道环境变得更加拥挤和脆弱。但这并非不可避免，负责任的设计和规划完全可以有效缓解这一问题。

此外还有实实在在的工程风险。大型系统可能会面临：柔性结构中的振动问题（vibration through flexible structures）、热应力（thermal stress）、控制不稳定性（control instabilities）、故障级联（cascading faults），以及大量智能体同时行动时产生的意外行为。这正是需要快速、迭代开发周期的另一个原因—如果现实环境与模拟环境之间存在巨大的差距（sim-to-real gap），那么我们就需要开始尝试在轨道上建造，允许失败，从中收集经验，然后再次尝试。

风险确实存在，但它们大多可以通过精心设计、有效治理、充分测试和持续改进来管控和降低。这个未来最糟糕的版本，是这种能力在没有标准、没有规范的情况下，以一种意外的方式由私人力量率先实现。而最好的版本，是我们从一开始就将轨道建造视为文明级的基础设施来规划和推进。

这一选择将决定这片新边疆的最终面貌。如果处理得当，这些风险都不必成为我们与彼岸之间的阻碍—一个拥有成长空间、拥有追逐不尽奇迹、拥有永不关闭地平线的文明。如果我们学会在太空中建造，我们就正在建造一个更大的未来。

关于作者

About the author

Sidh Sikka是普渡大学的博士生，研究方向为空间机器人和自主在轨建造。他是Manifold的联合创始人之一，也是一位不懈的技术乐观主义者，期待着有朝一日人类能生活在群星之间的未来。

原文链接：

https://theexistentialhope.substack.com/p/the-future-of-space-is-too-big-to