中国空间站为什么要这样设计？

根本不需要举国之力那么夸张。
冯若依曼机更不需要全部实现自我增殖，只需要部分替代，能完成部分物料循环即可。
空间站上都是地球上发射食品上去，把废物拉回地球，这成本高昂。
那在上面建设一个小型生态系统，发射几吨土壤上去，搞一个高强度循环的农场，把废物部分转化为食物，吸附废气，产生氧气，这个系统建成，虽然不能替代运输，但至少可以大大减轻运输量。
太空站里，有些零件可以自造，3D打印甚至机床特制版发上去后，配合太阳能熔炉，就可以制作一些要求不太高的零件和工具。
当前的问题是，没有人去研究这些真正具有生产性的项目，而不是说这些项目技术上有多难实现。
这些项目的意义在于，抢下月球！火星是没什么经济意义的，月球才是真正对地面有经济意义。
美国十几次登月，落月的东西加起来应该过百吨了，这上百吨物资，今天实际上能够组成极端接近自给自足的月球基地了。
美国的登月，其实质就是郑和下西洋。以后的登月，需要五月花号。
五月花号论规模不如郑和的船队，但结果……

理论上冯诺依曼机并不存在耗资巨大的问题，它和火星基地不一样。首先它目前不可行只是一个单纯的技术问题——技术做不到，就算把全人类的资源集中起来，以现在的科技水平还是搞不成。如果你要做类比，拿可控核聚变做更合适一点——各种技术原因搞不成，但如果搞成了就是一本万利。其次它如果搞成了是有直接的短期利益的，比如你前面说的火星基地和航母，用冯诺依曼机就能快速高效的进行建造，真的弄好了完全可以作为第五次工业革命的敲门砖。所以这个又和火星基地不一样了，火星基地的短期利益只有科研，政治，带动产业这三个。