本文來自微信公眾號： 范陽 ，作者：范陽，編輯：范陽

在瀏覽一個由年輕科學家發(fā)起的新型研究組織Manifold Research的時候看到這篇博客文章（CC:Rhei0x)。

manifoldrg.com

看起來Manifold Research的發(fā)起人主要是幾位美國普渡大學的博士生，來自不同的科學和技術領域，組成了一個多學科交叉研究網(wǎng)絡。這是我非常欣賞的打破邊界的組織模式，在以前的文章里也分享過類似的理念：21世紀的貝爾實驗室是一家前沿AI公司，或者是一個網(wǎng)絡。

科學之家：讓我們組建一支“船隊”。

“Manifold是一種新型研究組織，它將聚焦的"登月級"研究項目與強大的協(xié)作網(wǎng)絡相結合，以應對那些對學術界而言工程強度過大、對企業(yè)而言研究深度過高的挑戰(zhàn)。Manifold前沿網(wǎng)絡（Manifold Advancement Network）匯聚了學術研究團隊、產(chǎn)業(yè)界團隊、初創(chuàng)公司、基金會和專業(yè)服務提供商，使那些傳統(tǒng)機構難以獨立支撐的工作得以開展。我們目前與多家研究團隊以及來自領先科技公司的行業(yè)合作伙伴展開合作。該網(wǎng)絡使我們能夠更早地驗證概念、獲取多元化的專業(yè)知識，并通過跨越組織邊界連接各方能力來加速進展?！?/p>

他們主要的兩個長期研究目標也很有遠見：

1.GOLEM（工程化心智中的通用全能多模態(tài)學習，Generalist Omnimodal Learning in Engineered Minds）是一項長期研究計劃，專注于構建能夠跨任何輸入和輸出模態(tài)進行感知、推理、適應和行動的AI系統(tǒng)。該計劃探索AI系統(tǒng)所需的基礎架構、訓練方法和評估框架，使其能夠處理多模態(tài)輸入、生成適當?shù)妮敵?、適應新情境，并持續(xù)不斷地進行學習。

2.軌道船塢（The Orbital Yard）是一項研究計劃，專注于實現(xiàn)自主、可擴展的在軌建造。許多關鍵的空間系統(tǒng)，如大型太陽能陣列、軌道工廠和公里級望遠鏡，體積過大或結構過于脆弱，無法以完全組裝的狀態(tài)發(fā)射升空，必須在太空中進行建造。該計劃致力于開發(fā)自主在軌建造所需的核心基礎能力，包括自主模塊化結構組裝、大型物體的協(xié)同運輸與交接，以及在密集軌道環(huán)境中的安全導航。

這篇文章來自于Manifold的聯(lián)合創(chuàng)始人Sidh Sikka，他是一名航天工程和自動化專業(yè)的博士生，很好地提出了技術范式的變化以及工程上要解決的難題，比如：

“一旦建造變得分布式，問題就超出了機械工程的范疇，進入了計算領域。隨著智能代理數(shù)量、部件數(shù)量和交互數(shù)量的增長，集中式規(guī)劃將不堪重負.....

.....新的模式必須是分布式的、自適應的，并且越來越自主.....

.....沒有一個現(xiàn)有機構天然就是為解決這個端到端的完整問題而設立的?！?/p>

不過工程師的視角之外也有盲區(qū)，可能今天最偉大的科技愿景也同時是一個社會工程，各個國家需要平衡競爭與合作，還有連接“投入前沿探索”與“普通人的民生問題”，并且需要誠實的負責人和科學上的嚴謹，因為我們生活在一個更加極化和混沌的世界里。這也讓我想到曾經(jīng)的大航海時代造就了港口、地圖術與全球貿易網(wǎng)絡，也隨之產(chǎn)生了戰(zhàn)爭和民族國家，但最終它改變的是每一個普通人的餐桌和見過的視野，還有讓那些精美的植物，藝術和“口味”在全世界擴散。隨著AI和新技術層出不窮，我們的思維和生活邊界一定會繼續(xù)擴展，新技術本身的“物理屬性”也決定了我們會擴展到更深的現(xiàn)實和更遠的地方，但也許最重要的，還是生命本身的存續(xù)和豐富，我們會擁有什么樣前所未有的體驗和現(xiàn)在想象不到的生活方式？還有我們會發(fā)現(xiàn)什么樣新的生命，和重新理解生命本身？

在這篇文章里提到的自組織和自組裝飛船建造的理念，有一個更激進的“bio-autoship"的想法，感興趣的朋友可以閱讀這篇文章：

在我們有生之年，我們會看到自己或者下一代成為星辰間的孩子。

希望今天的文章能帶給你啟發(fā)。

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

作者：Sidh Sikka

編輯：范陽

發(fā)表日期：2026年7月23日

概要：

In brief:

• 人類已經(jīng)學會了如何抵達太空，但尚未學會如何在太空中大規(guī)模建造。

  
  

• 今天的太空系統(tǒng)，仍然受到“能夠裝進火箭里的東西”的限制（constrained by what can fit inside a rocket），因此我們只能建造規(guī)模較小、脆弱且高度任務定制化的太空基礎設施（limiting us to relatively small,fragile,mission-specific infrastructure）。

  
  

• 如果能夠實現(xiàn)公里級規(guī)模的軌道空間建造，將徹底改變這一切，使我們能夠建造人工重力空間棲息地（artificial-gravity habitats）、軌道船塢（orbital shipyards）、超大型望遠鏡（massive telescopes）、深空運輸系統(tǒng)（deep-space transport systems），以及地球之外永久性的工業(yè)基礎設施。

  
  

• 關鍵的轉變在于從"部署"思維轉向"建造"思維（deployment to construction）：不再從地球發(fā)射完整的系統(tǒng)，而是讓自主機器人在軌道上直接建造大型結構。

  
  

• 這將使太空更安全、更有用、更宜居—將它從一個我們短暫到訪的惡劣環(huán)境，轉變?yōu)橐粋€文明可以持續(xù)存在并蓬勃發(fā)展的新邊疆。

  
  

• 所需的要素正在逐步就位：可重復使用的運載火箭、更便宜的軌道運輸成本、批量生產(chǎn)的航天器、更先進的機器人技術，以及日益強大的自主系統(tǒng)。

  
  

• 最終，這帶來的不僅僅是一個更大的太空經(jīng)濟。它將創(chuàng)造一種擁有更多空間、更強韌性、更多奇跡，并重新?lián)碛姓嬲把靥剿骶竦奈拿鳎╝ civilization with more room,more resilience,more wonders,and a real frontier again）。

  
  

我們目前無法在太空中建造任何超過約100米規(guī)模的結構。同時，我們也無法將更大的物體直接發(fā)射進入軌道。為此，我們不得不面對一個被稱為“火箭方程的暴政”（Tyranny of the Rocket Equation）的問題。

注：Tyranny of the Rocket Equation

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

這個火箭工程中的基本限制意味著：你想要送入軌道的質量越大，就需要越多的推進劑；而更多的推進劑又會增加系統(tǒng)總質量，于是需要更多推進劑，如此循環(huán)。這種不斷累積的質量負擔，成為人類大規(guī)模進入太空的根本瓶頸。但現(xiàn)在，讓我們暫時想象一下：這個問題已經(jīng)被解決了。

如果我們成功了呢？

What if we win?

人類將再次成為一個擁有前沿邊疆的文明（a frontier civilization），一個擁有持續(xù)成長空間的文明。

地球上的舊邊疆都是有限的。太空則完全不同。太空不是一片大陸，也不是一塊需要從其他人手中奪取的領土（除非我們發(fā)現(xiàn)外星文明—那將會非常有趣）。它是真正意義上的“終極邊疆”：無限的邊疆。這里有衛(wèi)星、行星、小行星、海洋、風暴、星環(huán)、火山，以及無數(shù)從未被人類觸及的世界。

但任何前沿邊疆都需要基礎設施（But frontiers require infrastructure）。港口、公路、船只、補給站、工坊、庇護所、地圖。

在太空中，這些東西將對應為：軌道船塢、人工重力棲息地、燃料補給站、輻射防護設施、維修空間站、能源系統(tǒng)，以及大規(guī)模自主建造機器人集群。一旦這些基礎設施存在，空間探索就不再是罕見的國家形象工程，而成為一個生機勃勃的、活著的邊疆（exploration stops being a rare act of national theater and becomes a living frontier）。

如果我們能夠在軌道上建造公里級規(guī)模的結構，我們就可以建造擁有人工重力的空間站。幾十年前，科學家們就研究過奧尼爾圓筒（O’Neill cylinders）以及其他旋轉式空間棲息地，認為它們可能成為未來大規(guī)模太空定居的路徑。但這類結構的規(guī)模遠遠超過目前從地球整體發(fā)射的能力。

我們可以建造母艦和軌道船塢：在地球上方組裝巨型飛船，在軌道中進行維護，并建立通往火星、小行星帶以及外太陽系的定期貨運和人員運輸路線。未來，我們不再把每一次深空任務都視為一次孤立的遠征，而是開始建設一個星際文明所需的物流基礎層。太陽系將不再像是一組遙遠的目標點，而會逐漸變成一個相互連接的世界。

我們還可以建造賦予人類全新感知能力的觀測設施（build observatories that give humanity entirely new senses）。公里級建造還能使新型分布式天文臺成為可能，其中包括能夠探測普通光線無法觸及的宇宙區(qū)域的引力波探測器（gravitational-wave instruments）。

如今，宇宙微波背景輻射（Cosmic Microwave Background）是我們能看到的最古老的光—它是宇宙在大爆炸后約38萬年首次變得透明時留下的余暉。在此之前，宇宙對光是不透明的。但引力波是時空本身的漣漪，大型天基引力波天文臺或許有朝一日能幫助我們研究宇宙誕生最初時刻所發(fā)生事件的痕跡。

其他巨型天文臺則可能幫助我們揭示宇宙黑暗時代（Cosmic Dark Ages）—即第一批恒星和星系點亮宇宙之前的那段神秘時期。那個時代可能隱藏著物理學中一些最大未解之謎的線索，包括日益嚴峻的宇宙學危機（Crisis in Cosmology）：即測量宇宙膨脹速率的不同方法目前無法得出一致結果。換句話說，太空建造不僅讓我們能造出更大的機器，它還可能幫助我們回答人類最古老的問題（the oldest human questions）：這一切從何而來？宇宙由什么構成？它的最終命運是什么？我們是孤獨的嗎？

僅僅太陽系本身，就充滿了奇跡。

你難道不想親眼看到：土衛(wèi)六（Titan）的冰火山？木衛(wèi)二（Europa）隱藏的深海？海王星上的鉆石雨？木衛(wèi)一（Io）噴發(fā)的巨大火山？土星壯麗的星環(huán)？土星北極那個神秘的六邊形風暴？

奇跡能夠把人類從當下狹小的視野中拉出來（Wonders can pull people out of the smallness of the present）。它們讓未來重新變得宏大。它們給予文明共同敬畏的對象、共同奮斗的目標，以及共同向外探索的理由。

但這一切都不會自行發(fā)生。其中的每一部分—船塢、棲息地、天文臺—都依賴于我們尚未掌握的一項能力：如何在軌道上真正實現(xiàn)那樣的尺度建造。那么，究竟是什么在阻擋我們？

瓶頸所在

The Bottleneck

國際空間站是人類歷史上最偉大的建造工程之一，但它從頭到尾也只有109米長。它的大型組件通過42次組裝飛行送達，宇航員進行了多次太空行走用于建造、維護和升級。

可居住容積：13,696立方英尺（388立方米），不含到訪飛行器

加壓容積：35,491立方英尺（1,005立方米）

發(fā)電能力：8組太陽能陣列提供75至90千瓦電力

計算機代碼行數(shù)：約150萬行

這是一項非凡的成就，但它并非建造十倍乃至百倍更大結構的可擴展方案。這些結構也無法整體發(fā)射—獵鷹火箭（Falcon）的整流罩直徑約5.2米，即使是星艦（Starship），直徑也只有9米。按照今天的標準，這些都是巨大的航天器。但對于公里級規(guī)模的空間棲息地、軌道船塢、能源系統(tǒng)和大型觀測站而言，它們仍然無法作為有效載荷被整體送入太空。

這就是瓶頸所在。公里級建造不能以單個巨型物體從地球發(fā)射的方式完成，它必須分散為許多更小的模塊、許多機器人代理和許多組裝步驟。但一旦建造變得分布式，問題就不僅僅是結構性的了—它同時變成了一個關于自主性、協(xié)調、感知、控制和規(guī)模化可靠性的復雜問題（a problem of autonomy,coordination,sensing,control,and reliability at scale）。

美國宇航局已將這一領域視為一個活躍的研究方向，而非已解決的技術能力。其2025年發(fā)布的《在軌服務、組裝和制造現(xiàn)狀》報告（2025 ISAM State of Play）將在軌服務、組裝和制造劃分為多個能力領域，包括機器人操作、交會、對接、配合、重定位、檢查和維護（organizes?in-space servicing,assembly,and manufacturing into multiple capability areas,including robotic manipulation,rendezvous,docking,mating,relocation,inspection,and maintenance）。其中許多能力已在不同任務中得到零散驗證，但尚未被整合到一個經(jīng)過全面驗證的大型自主建造架構中。

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

這個瓶頸遲遲未能突破，有三個原因。

第一，結構性問題（structural）。公里級系統(tǒng)無法作為單一物體發(fā)射，也無法像放大版的當代衛(wèi)星那樣簡單"部署"。它們必須由大量更小的部件組裝而成。這意味著任何嚴謹?shù)拇笮吞战ㄔ旆桨付急厝皇欠植际降模捍罅磕K、大量機器人、大量組裝步驟，以及大量即使個別部件失效、系統(tǒng)整體仍需持續(xù)運轉的關鍵節(jié)點（many modules,many robots,many assembly steps,and many points where the system has to keep working even if individual parts fail）。

第二，技術難題（technical）。一旦建造變得分布式，問題就超出了機械工程的范疇，進入了計算領域（Once construction becomes distributed,the problem stops being just mechanical and becomes computational.）。隨著智能代理數(shù)量、部件數(shù)量和交互數(shù)量的增長，集中式規(guī)劃將不堪重負（Centralized planning breaks down as the number of agents,parts,and interactions grows）。人類操作員無法從地球上精細控制每一個機器人的每一個動作。一個單一的“中央大腦”也無法可靠地實時協(xié)調成千上萬個物理交互過程。

出路在于去中心化的自主性（decentralized autonomy）—機器人能夠進行本地感知、自主制定本地計劃、分配任務、糾正錯誤，并在信息不完整的情況下協(xié)同工作（robots that can sense locally,make local plans,allocate tasks,correct errors,and coordinate with partial information）。

但僅有自主性還不夠。太空建造是一個真實的物理過程。機器人必須在不確定性條件下運輸、對準、對接、連接和修理真實物體（Robots have to transport,align,dock,attach,and repair real objects under uncertainty）。時間、力度或方向上的微小誤差可能在柔性結構中傳遞放大，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。感知和通信能力可能退化。延遲、遮擋、振動、熱變形和執(zhí)行器誤差也都是影響因素。這意味著機器人需要魯棒的低延遲控制系統(tǒng)、容錯對接接口，以及能在不確定環(huán)境中穩(wěn)定運行的自主技術棧（the robots need robust low-latency control,tolerant docking interfaces,and autonomy stacks that work in an uncertain environment）。

第三，制度性障礙（institutional）。這個問題并不完全屬于任何現(xiàn)有研究體系。學術實驗室可以開發(fā)解決方案的各個部件，但通常缺乏驗證完整軌道建造系統(tǒng)所需的資源。企業(yè)則往往被更近期的商業(yè)回報所吸引。航天機構可以推進在軌服務、對接、機器人和制造能力，但傾向于以循序漸進的方式進行。沒有一個現(xiàn)有機構天然就是為解決這個端到端的完整問題而設立的（No existing institution is naturally built to solve the whole problem end to end）。

但眼下正是解決這個問題的最佳時機。

為什么是現(xiàn)在？

Why now?

運載火箭已不再是二十年前那樣的瓶頸了?？芍貜褪褂没鸺蠓档土诉M入軌道的成本，同樣重要的是，它們顯著提高了發(fā)射頻率。太空開發(fā)現(xiàn)在可以更像一個迭代的工程循環(huán)（an iterative engineering cycle）—這一點至關重要，因為大規(guī)模建造不可能通過一次完美的任務就解決，它需要反復嘗試、失敗、升級和驗證。

太空硬件也正在走向工業(yè)化（Space hardware is also becoming industrialized）。衛(wèi)星星座已經(jīng)把航天器生產(chǎn)從定制化的航空航天工程，轉變?yōu)楦咏咄掏铝恐圃斓哪Ｊ健９锛壱?guī)模的建造不會由一艘精美復雜的航天器完成。它將需要大量智能體、大量模塊以及大量可替換的部件。

與此同時，計算能力、機器人技術、多智能體控制以及人工智能系統(tǒng)的發(fā)展，使得在沒有人類操作員指揮每一個步驟的情況下協(xié)調建造任務，變得越來越有可能。過去那種經(jīng)過精心編排、由人類參與控制的組裝模式，無法擴展到數(shù)千個部件和數(shù)百臺機器人的規(guī)模。新的模式必須是分布式的、自適應的，并且越來越自主（The new model has to be distributed,adaptive,and increasingly autonomous）。

一個現(xiàn)實可行的時間線可能分為三個階段。近期，也就是未來0–5年，目標是建立一種基礎的在軌建造服務：由小規(guī)模機器人團隊在軌道上組裝、移動和對接簡單結構。中期，也就是未來5–20年，這些團隊將發(fā)展成為更大規(guī)模的建造機器人集群，建造軌道船塢、中轉平臺以及第一批數(shù)百米規(guī)模的持續(xù)存在型結構。長期來看，也就是未來20–40年，我們可以轉向原位資源利用和建造（in-situ）：不再從地球運送每一根梁和每一塊面板，而是從小行星開采金屬，將太空本身作為建造現(xiàn)場，實現(xiàn)公里級系統(tǒng)的建造和持續(xù)運行的軌道工業(yè)體系。

可能會出現(xiàn)什么問題？

What could go wrong?

第一個潛在風險是軍事化（militarization）。讓機器人能夠檢查、對接、維修或組裝航天器的同樣能力，也可能被用于干擾其他航天器。原則上，一個建造機器人群（construction swarm）也可以成為一個操控機器人群（manipulation swarm）。對于所有具有雙重用途（dual-use）的技術來說，這種風險都是不可避免的。而事實上，第一批衛(wèi)星對衛(wèi)星操控武器已經(jīng)完成了測試。

第二個風險是太空碎片。如果我們向軌道部署大量機器人代理和模塊化結構，失效就會產(chǎn)生后果—一個損壞的部件就是一個碰撞風險源。糟糕的系統(tǒng)設計可能讓軌道環(huán)境變得更加擁擠和脆弱。但這并非不可避免，負責任的設計和規(guī)劃完全可以有效緩解這一問題。

此外還有實實在在的工程風險。大型系統(tǒng)可能會面臨：柔性結構中的振動問題（vibration through flexible structures）、熱應力（thermal stress）、控制不穩(wěn)定性（control instabilities）、故障級聯(lián)（cascading faults），以及大量智能體同時行動時產(chǎn)生的意外行為。這正是需要快速、迭代開發(fā)周期的另一個原因—如果現(xiàn)實環(huán)境與模擬環(huán)境之間存在巨大的差距（sim-to-real gap），那么我們就需要開始嘗試在軌道上建造，允許失敗，從中收集經(jīng)驗，然后再次嘗試。

風險確實存在，但它們大多可以通過精心設計、有效治理、充分測試和持續(xù)改進來管控和降低。這個未來最糟糕的版本，是這種能力在沒有標準、沒有規(guī)范的情況下，以一種意外的方式由私人力量率先實現(xiàn)。而最好的版本，是我們從一開始就將軌道建造視為文明級的基礎設施來規(guī)劃和推進。

這一選擇將決定這片新邊疆的最終面貌。如果處理得當，這些風險都不必成為我們與彼岸之間的阻礙—一個擁有成長空間、擁有追逐不盡奇跡、擁有永不關閉地平線的文明。如果我們學會在太空中建造，我們就正在建造一個更大的未來。

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About the author

Sidh Sikka是普渡大學的博士生，研究方向為空間機器人和自主在軌建造。他是Manifold的聯(lián)合創(chuàng)始人之一，也是一位不懈的技術樂觀主義者，期待著有朝一日人類能生活在群星之間的未來。

原文鏈接：

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