版權歸原作者所有,如有侵權,請聯(lián)系我們
火箭發(fā)射時,所有的承載量都要用到刀刃上。因此載重量可是能輕則輕,絕對不能超重,
畢竟,航天器的造價不菲,每一克的價值就如同半兩黃金。
然而,我國的空間站卻帶了6個大鐵球上去,加起來總質(zhì)量有1噸的樣子。
為什么載重量如此吃緊的情況下,還要帶大鐵球呢?是嫌空間站太輕了?
6個大鐵球
這6個大鐵球位于天宮空間站的核心艙“天和”上,整齊地排列在核心艙邊緣的圓圈上。
在航天領域有這樣一個說法:每增重航天器1千克,就要相應增加750千克的燃料。
所以在設計航天器的時候,是能減輕質(zhì)量就減輕質(zhì)量,既節(jié)約燃料,又節(jié)約成本。
可是,這6個鐵球加起來的質(zhì)量有1噸左右,那么增加的燃料得750噸。
難道安裝這6個鐵球是為了證明咱們國家的航天不缺錢?
當然不是,航天器上面的每一個零部件都是有其作用的,我們不能光看這6個鐵球重,而忽視它在空間站中所發(fā)揮的作用。
這些大鐵球有一個專業(yè)名詞,叫作“控制力矩陀螺”,也就是說,它看似是個球,其實本質(zhì)上是陀螺。
它會像陀螺一樣旋轉(zhuǎn),然后改變空間站的力矩,用以調(diào)整空間站的姿勢。
我們都知道,空間站不可能永遠保持一個姿勢,它需要根據(jù)各種情況進行調(diào)整。
這6個大鐵球并不是鑲嵌在天和號上的,它們和核心艙之間有一個連接器。
這6顆鐵球均勻分布,如果需要調(diào)節(jié)方向,可以旋轉(zhuǎn)這6個陀螺,最高轉(zhuǎn)速可以達到7000轉(zhuǎn)/秒。
如果對它們的工作還是沒有概念,我們可以想象一種玩具手指陀螺,當它在人的手上快速旋轉(zhuǎn)時,手指會感受到一股力。
這其實就是手指陀螺在改變?nèi)耸值牧兀贿^因為它太小了,不足以改變我們手的姿勢。
所以,這不是給空間站增重的,而是它必須的零部件。
但是這種零部件一個就有100多公斤重,萬一出了故障如何更換呢?
很簡單,100多公斤是它在地球上的重量,進入太空之后失重,宇航員都是大力士,搬動100多公斤的鐵球完全不是問題。
在天和機械臂的幫助下,就能實現(xiàn)更換。
大鐵球工作
空間站雖然會在太空中停留很久的時間,但并不表示它會不用調(diào)整自己的飛行軌跡。
甚至在特殊時刻,它還需要調(diào)整自己的軌道。
太空中存在著超過1億件太空垃圾,它們大小各異,有些是廢棄的衛(wèi)星,一坨就有幾百公斤重;也有一些是脫落的碎片,只有幾克重。
它們的飛行速度在2.8到7千米/秒,這樣的速度,隨便一撞,輕則毀掉零部件,重則直接空間站報廢。
天宮空間站在設計之初,就必須考慮到這種危險情況。
因此,必須具備調(diào)節(jié)自身姿勢的功能,不然就直愣愣地被撞了。
除了躲避危險,空間站在對接的時候,也要調(diào)整自己的姿勢,以便更好地對接。
航天器對接分為手動和自動,不管哪種,都需要這6個大鐵球發(fā)揮作用。
必要的時候,空間站甚至會掉一個頭,保證自己的某一部分始終朝著地球,能更好地接受地球的信號或者發(fā)射信號。
國際空間站建設的時候,還沒有控制力矩陀螺,所以采取的是反推,利用發(fā)動機朝反方向噴射,以便調(diào)整方向和姿勢。
這樣的后果就是使用很多燃料進去,根據(jù)統(tǒng)計,國際空間站每年需要10億美元的額外燃料,它們主要被用于調(diào)整空間站上。
后來,國際空間站實在是承受不起這樣的燒錢,于是在空間站的主體艙上安裝了4個控制力矩陀螺,每個的質(zhì)量在270多千克。
因為可以用電力驅(qū)動它,而空間站上的電來自太陽能充電板,這樣就能節(jié)省不少燃料。
我國吸取了這個教訓,一開始就使用控制力矩陀螺,節(jié)省了很多成本。
所以,不要再說安裝鐵球是費錢,人家是節(jié)省錢的。
空間站的推進器
不少人認為,空間站這個大家伙,推進它需要很大的能量吧。
其實,天宮空間站的推進器,力量在地球上只能推動一張紙,驚不驚喜?意不意外?
這種推進器叫做霍爾推進器,就是大家高中都很熟悉的霍爾效應。
通俗來說,空間站的推進器噴出來的不是火,而是粒子流。利用電場給帶電粒子加速,它們以極快的速度被噴射出來,提供了一個推力。
我國的空間站重達60多噸,但是推進器只有0.32牛的推力。
在地球上,真的只能推一張紙。但是在太空中,沒有空氣阻力,只要輕輕一個力就能讓空間站前進。
不過,霍爾推進器也是要耗能的,它會消耗電能和粒子。
電能主要來源于太陽能充電,粒子來自于提前帶上去的氣體,主要是氙氣。
氙氣容易電離,產(chǎn)生帶電粒子。果然是天宮,連驅(qū)動都是氙(仙)氣!
如果氙氣消耗完畢,就會因為噴射粒子不夠而出現(xiàn)噴射不足的現(xiàn)象。
所以,補充物質(zhì)的運輸火箭,可以定期補充壓縮的氙氣上去。
為何選擇粒子推進器而不是燃料推進器呢?這是因為,太空沒有氧氣,如果使用燃料,還需要額外攜帶助燃劑,這會增加攜帶的重量。
霍爾推進器沒有這個顧慮,它只需要攜帶足夠的粒子就可以實現(xiàn)連續(xù)不斷地供能。
此外,霍爾推進器的速度上限比燃料更高,燃料的極限速度是第一宇宙速度,但是霍爾推進器的極限速度,理論上可以達到第三宇宙速度,甚至更大。
某種程度上,它才是未來航天動力的主力。
只是,目前的霍爾推進器提供的推力都比較小,最大的推進器大約3牛頓的力,想要用它實現(xiàn)自由的飛行,還需要繼續(xù)努力。
空間站的作用
有人抨擊我國的空間站是“面子工程”,勞民傷財,沒有實用。
實際上,我們每個人都是航天技術的受益者,只是很多人沒有發(fā)現(xiàn)。
我們吃的蔬菜、水果,甚至是西北地區(qū)種的樹,里面都有一種神秘的科技——太空育種。
植物的細胞在失重、輻射的情況下,會出現(xiàn)變異,改變原有的性狀,得到新的性狀,比如產(chǎn)量提高、更耐旱、更耐寒等。
比如我們市面上的一種辣椒,它的維生素含量比一般辣椒高30%,它不是普通的辣椒,它是去太空旅行過的辣椒!
很多人不知道,我國的太空育種有超過2000億的市場規(guī)模,已經(jīng)逐漸進入大家的生活。
只可惜,一些人吃著太空育種的高品質(zhì)蔬菜,說著“面子工程”的風涼話。
空間站還有一個功能,就是完成太空實驗,尤其是生物實驗。
我們知道,實驗需要大型的設備,如果只是普通的載人衛(wèi)星,宇航員在上面根本施展不開,更不可能攜帶大型實驗設備。
能做到這兩點的,只有空間站。因為西方國家的阻擾,我國無法進入國際空間站,如果沒有自己的空間站,那么有些實驗,我們永遠做不了。
比如大家都很關心的太空種菜,沒有空間站就沒法進行。
為了不浪費我國種菜的種族天賦,將菜種向星辰大海,我們需要空間站。
所以,天宮空間站不是我國探索太空的盡頭,它只是一個起點。
未來,會有更多的國產(chǎn)航天器在太空中發(fā)揮它們各自的作用。
(聲明:本文來源宇宙解碼,轉(zhuǎn)載僅做學習交流,非商業(yè)用途,所有轉(zhuǎn)載文章都會注明來源,如文章、照片的原作者有異議,請于后臺聯(lián)系我們,我們會進行快速處理或刪除,謝謝支持。)
歡迎掃碼關注深i科普!
我們將定期推出
公益、免費、優(yōu)惠的科普活動和科普好物!