【23世紀百科精選】對於外層空間的利用及人類運動輔助設備的發展——空間軌道管制，仿生流體靜力外骨骼

23世紀，人類在繁忙的天體附近實施空間軌道管制。圍繞該天體飛行的人造航天器，必須對其質量、速度、飛行高度、飛行軌跡以及航天器用途等予以嚴格的審批和管理。這種管理的最初的目的是減少太空垃圾、保護太空電梯、太空船塢等重要人造航天器安全和規劃星際飛船航道。但隨著繞天體空間軌道的需求不斷增長和合法軌道的數量管理限制，急劇上漲的空間軌道租金已經成為大國重要的財政來源。

空間軌道管制的發端

21世紀末，人類發射的各色航天器逐漸堆滿地球軌道。最初，各國對這些航天器的管理類似城市交通規劃，僅著眼於避免航天器間的碰撞和信號遮擋。但隨著航天器成本——尤其是衛星成本的大幅下降，擁擠繁忙的繞地軌道已經管不勝管，密密麻麻。

21世紀90年代，聯合國解體，中國首先購買了分屬137個國家、企業和機構將要報廢的31642顆人造衛星。通過將這些衛星變軌墜毀並迅速補射新衛星，中國將這些軌道據為己有。與此同時，中國通知全世界：為了保證繞地航天器的飛行安全，新發射衛星的空間軌道與中國航天器飛行空間軌道最近處的距離不得少於100公里。若因違規出現任何情況，中國不負任何責任。恍然大悟的其他國家紛紛採取類似措施，原本管理混亂的繞地空間軌道從近地100公里，至遠地80000公里之間的區域迅速被六國集團為首的國家瓜分。

大國們不顧國際社會的抗議，通過收購入股，共同使用，暗中擊落的辦法將繞地空間軌道分為幾大塊，並在22世紀初一度將空間軌道升格為主權領土（一年後降格為原本地位）。

22世紀10年代，六國集團簽署《安全利用繞地空間軌道協議》，要求所有繞地空間軌道必須像國土空間一般，從高度、速度、飛行軌跡、上升下降軌跡、信號控制、航天器用途、使用期限等方面進行嚴格管理，不允許空間無序化利用。同時要求，國際社會凡需要利用空間軌道的，必須簽署《安全利用繞地空間軌道協議》，並從壟斷空間軌道的少數幾個國家租用。

空間軌道租用市場

由於國際社會激烈抗議，少數壟斷空間軌道的國家作出了一定讓步：從各自壟斷的空間軌道中讓出一部分，組成一個國際空間軌道供應方，滿足國際社會對空間軌道的需求。

這些軌道的使用租金極低，由一個國際空間軌道管理基金收取。該基金將租金用於支付軌道管理成本和太空垃圾清理費。為區別於仍掌握在少數國家手中的其他空間軌道，這些可以無條件交易、轉讓的「公用」空間軌道被稱為「天軌」。

地球國際天軌租用交易

天軌市場從誕生之日起，便由於其空間有限性和巨大的市場需求，立刻價格高漲，成為國際投資與投機的熱門選項。

位於中國三亞的中國天軌交易中心，被中華投機客稱作「華貴（華軌）」；美聯邁阿密天軌交易中心，因佛羅里達之名被稱為「富貴（佛軌）」；歐羅巴的天軌交易中心位於明斯克，外號「名貴（明軌）」；而太平洋國的國際天軌交易中心，為紀念21世紀末太平洋國著名天文學學者皮埃爾·高登而命名為「高登國際天軌交易中心」，被中華投機客戲謔為「高貴（高軌）」。由於22世紀漢語在國際上的重要地位，華貴、富貴、名貴和高貴的戲稱迅速走向全世界，並被全世界的天軌投機客掛在嘴邊。

以色列、斯拉夫和英國的天軌交易市場因為沒有「X貴」的外號而難以吸引來自中國的龐大遊資，逐漸淪落成次一等的天軌交易中心。

22世紀的天軌投機交易十分火熱，吸引了大量社會遊資。其金融衍生品市場，更是每天都在創造一夜暴富和一朝盡輸的故事。而被部分國家持有的其他空間軌道，偶爾也會出現租用交易。雖然租金之高令人咂舌，但是相比轉讓價格「欲與天公試比高」的天軌，仍有租客覺得便宜划算。

太陽系各殖民地的的空間軌道管理

隨著附近天區變得繁忙而擁堵，月球的繞月空間軌道首先於22世紀30年代納入空軌管理。22世紀60年代，火星也開始探討空軌管理的必要性。但是因為六國集團在火星相互牽制，火星空間軌道的管理相對於月球和地球要寬鬆得多。

23世紀，因為看到空間軌道租金對殖民地財政平衡的重要作用，很多新殖民地在開拓伊始就採取了空間軌道管理政策。

仿生流體靜力外骨骼

仿生流體靜力外骨骼是指一類模仿生物流體靜力外骨骼特點和原理設計的，通過人造流體靜力結構作為支持和運動模塊施力體的軟體動力外骨骼系統。

功能特點

仿生流體靜力外骨骼是一種柔性外骨骼，利用流體支持液或膠體做為支撐核心並以軟體動力組件進行運動和控制。流體靜力外骨骼通常外觀類似於某個部位的護具(如護膝)或是整體衣的形式，以圍繞軀體和關節形式進行支持和運動。

仿生流體靜力外骨骼相較於普通的機械外骨骼，其柔性結構帶來的優點顯而易見：非關節性部位更加靈活、對於操作者軀體活動更加友好、設備整體更輕便等。相對的，其存在承受大質量載荷的能力不佳、高強度運動持續性不理想等問題。而由於運動系統外置，其結構抗破壞性弱也是一大缺陷。此外，目前高性能的仿生流體靜力外骨骼依然非常依賴尖端技術，工藝複雜且成本高昂。

相比剛性外骨骼，仿生流體靜力外骨骼的特點使其非常適合醫療用途和日常生活輔助。但在工業和軍用等領域， 仿生流體靜力外骨骼和剛性外骨骼的效能差距較大。此外也嘗試有將二者加以融合的設計。

結構和原理

仿生流體靜力外骨骼的主要組成結構包括動力模塊、流體靜力支持模塊和輔助模塊。

流體靜力支持模塊是仿生流體靜力外骨骼的核心模塊，其通常以軟體流體囊的形式，中間填充流體支持液或膠體。由於流體支持液或膠體幾乎不能壓縮，因此形態維持模塊可以通過流體囊控制加壓流體支持液或膠體形成穩定的流體壓力環境，以支持機械外骨骼的負重和維持形態。相比剛體機械支持組件，流體靜力支持模塊可以更加均勻的分布和承擔負重，並利用流體囊的可變形性和變壓能力實現外骨骼的柔性運動和不定向可變硬度能力。

由於流體靜力支持的特點，仿生流體靜力外骨骼的動力模塊一般為外置的分散式軟體動力系統群。最常見的動力系統為仿生動力纖維——即俗稱的人造肌肉，也有使用機械動力鏈條等方式提供動力的方案。除提供運動動力外，仿生流體靜力外骨骼的動力模塊還負責調控流體靜力支持模塊中流體囊的形狀和壓強，以實現軟體功能。近期還出現了流體囊內置細胞纖維骨架式動力模塊的形式，利用效仿細胞微絲微管聚合解聚、運動的方式，實現動力輸出和流體囊控制。

輔助模塊主要為仿生流體靜力外骨骼提供控制、電力支持和組件保護等。有的仿生流體靜力外骨骼輔助模塊還包括部分機械組件，以彌補單純仿生流體靜力外骨骼的部分缺陷。

歷史發展

運用仿生流體靜力外骨骼原理的原型設備早在21世紀中期就有出現，其中的一些基本設計思路至今仍在沿用。然而由於沒有合適的支持流體及相應的軟體動力系統，這些設備基本沒有實用價值。直到21世紀80年代，才出現了一些具有實用性的早期仿生流體靜力外骨骼。這些被稱為第一代流體靜力外骨骼的流體靜力外骨骼均采甪水基液支持流體和早期人造肌肉系統，承重能力、靈活性和運動能力均較差，還往往必須依賴剛性機械外骨骼共同工作。同時第一代流體靜力外骨骼還存在無法實現壓力合理分配和設備較為笨重的問題。但由於其在軀體活動方面的獨特優勢， 第一代流體靜力外骨骼仍以關節外骨骼的形式，被普遍用於康復和殘障輔助等。 特別是在21世末至22世紀初，醫用人造肢體技術成熟前，有著較大規模的運用。

2122年，由中國魯班機械和天演生物等企業研製的「魯班十一號」外骨骼系統的問世，標誌著第二代流體靜力外骨骼的出現。這一代流體靜力外骨骼採用了油體、半凝膠體等新形式的支持液，使得承重能力等性能均有了很大程度的提升，同時隨著人造肌肉等軟體動力系統的成熟，第二代流體靜力外骨骼擺脫了剛性機械外骨骼的配合傳統外骨骼的結構，出現了衣物式結構。同時第二代流體靜力外骨骼整體系統設計和功能結構也趨於合理，應用範圍擴大至了日常行動輔助等。

第三代流體靜力外骨骼出現於22世紀中後期。通過對安立柯生物的仿生工程，一種被稱為「史萊姆液」的新型複合凝膠支持液和更好人造肌肉等關鍵技術被相繼研發出來， 流體靜力外骨骼因此取得了較大的進展。 第三代流體靜力外骨骼最大的特點在於不定向可變硬度能力，這使得流體靜力外骨骼的優勢進一步擴大。同時與剛性外骨骼的有機結合，使得流體靜力外骨骼系統有更廣闊的應用空間。

第四代流體靜力外骨骼被認為將在23世紀40年代左右成型， 隨著細胞纖維骨架式動力模塊和高強度人造皮膚-肌肉系統等技術在 流體靜力外骨骼方面的運用， 第四代流體靜力外骨骼或將擁有與剛性外骨骼平分秋色的能力。

應用現狀

仿生流體靜力外骨骼目前主要用於醫療用途，很多生產的仿生流體靜力外骨骼被用做高級假肢和康復設備或其組件。

受制於其先天缺陷， 仿生流體靜力外骨骼在其它領域的運用較少。目前很多企業、科研團隊都在探索其更廣闊的運用，與剛性外骨骼結合是一個重要的研究方向。

著名產品

• 永泰生物和天演生命「雲步」 軟體動動外骨骼系統
• 永泰生物「捷」 醫用骨骼系統
• 中國軍方「狄青」先進外骨骼試驗系統
• 雷神工業Mk.5N 仿生流體靜力外骨骼-流體防彈衣一體系列

作者：酉鬼/那柯(那依夫)

編輯：千媚樰

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