他看得很仔細,從艙段結構到能源系統,從姿態控制到生命保障,每一個子系統都過了一遍。
他發現的問題比之前發現的要多得多。
空間站現有的結構在擴充套件之後會有共振風險,能源系統的排程邏輯還是按照舊模式設計的,生命保障系統的迴圈效率也有很大的提升空間。
大部分問題他都能用已有的工具解決,逆材料、天樞、分形反應擴散方程,只要引數改一下就能用。
最嚴重的還是空間站的微重力問題。
微重力環境雖然只有十的負三次方g,但是對於某些極敏感的物理實驗和生物實驗來說,這個量級的殘餘振動還是太高了。
傳統的振動隔離方案在空間站上已經做到極限了,再往下壓,就需要一種全新的隔振原理了。
歐空局和NASA在空間站上都用過主動隔振平臺,原理是用加速度計即時監測振動,再用電磁作動器輸出反向力把振動抵消掉。
這種方案的隔振頻寬有限,高頻振動能壓住,低頻振動反而會被作動器本身的響應延遲放大。
除了主動隔振外,日本空間站上的微重力實驗艙用的是另一種思路,那就是把實驗裝置懸浮在磁場裡,用磁力代替機械支撐,從理論上可以做到零剛度。
可這樣的話,系統需要常導線圈和大量液氦,體積和功耗都大得嚇人,放在空間站上已經是極限了,根本不可能再擴充套件,對後續的發展反而是一種限制。
說白了,他們都是在“支撐”和“隔離”之間做取捨。
你要支撐,就有剛度,有剛度就有固有頻率,有固有頻率就有共振區。
你要隔離,就得把支撐去掉,可沒有支撐的東西在空間站上根本沒法定位。
這個矛盾在傳統力學框架裡是無解的。
不過,肖宿這裡無解,你沒有找到最優解,只是用錯了方法而已。
就比如現在,他就覺得這個問題很熟悉。
肖宿之前在處理NS方程的時候用過的和樂框架,核心思想是把高維空間裡的複雜運動投影到一個低維流形上,讓原本複雜的動力學在投影之後變成一個可解的幾何問題。
如果把這個思路用到結構力學上,那振動隔離的本質不就變成了一個幾何問題?
而這個問題在數學上就等價於找一個和樂群表示平凡的結構構型。
如果結構的幾何相位在振動迴圈中累積為零,那振動就不會產生淨位移,也就不需要外部能量去抵消它。
換句話說,不是對抗振動,而是讓振動在幾何上自我抵消。
這個思路在傳統結構力學裡目前還沒有人嘗試過。
因為傳統的隔振設計都是在頻域裡做的,考慮的是剛度和阻尼的頻率響應,從來沒有人從幾何相位的角度去重新定義振動的傳播路徑。
但是肖宿覺得可行性很高,畢竟,在和樂框架下,這個問題的數學結構是無比清晰的。
他現在只需要構造一個拓撲構型,讓結構的和樂群在振動頻帶內保持平凡,同時在其他頻帶內保持非平凡以維持結構剛度就行了。
這兩個條件雖然在傳統材料裡是互斥的,但是在逆材料的非均質拓撲結構裡,是可以透過空間梯度來同時滿足的。
肖宿完全沉浸在自己的世界裡,一動不動的,暖黃燈光下,雙眸瑩潤如玉,彷彿一尊漂亮的瓷娃娃。
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