國際空間站的實用功能_國際空間站工作原理
這段時間,有很多朋友通過攝影設備拍到了我們的中國空間站,還有美國主導的國際空間站,兩個放在一起對比,中國空間站看起來很袖珍迷你。
國際空間站是一個寬109米、長73米、高20米、重達419噸的空間巨無霸,相當于一棟七層樓高的小型體育場。
而中國空間站中國空間站就像一座三室兩廳還帶儲藏間的“豪宅”,設計質量約為180噸。“三室”指天和核心艙以及問天和夢天實驗艙,“兩廳”則是指神舟載人飛船和天舟貨運飛船。
相差239噸,但是天宮空間站和國際空間站內部空間其實差不多,這個可能大家沒有想到的吧
國際空間站加壓容積大概是915.6m3,內部空間不明,只知道總體積1200m3。
中國空間站單艙段內部空間110m3,加壓容積300m3,三個艙段總空間330m3,加壓容積900立方米。
注:內部空間指內部人員的活動空間,機柜、設備占用的空間不計。根據國際空間站的加壓容積來看,國際空間站的內部空間和中國空間站其實差不多。
大家可能驚呆了,這究竟是怎么做到的呢?
事實上,國際空間站建造的時間是20年前,因為是多個國家參與建造,就導致了空間站在組合后,有一定的冗余部分存在,比如每個艙室都要自帶太陽能電池板。
但這樣一來,如何放置電池板,就變成一件比較頭疼的事情。,所以國際空間站采用的是桁架結構,桁架簡單來說就是個鋼架子,有足夠的強度可以延伸很長,組裝簡單,由于不住人,不需要密閉、供電供氧等復雜設施,可以用來當延長桿和貨架用。當時的太陽能技術不夠先進,所以我們可以看到桁架上大量的太陽能電池板,而且因為太陽能電池板太多,也需要大量的散熱設備,國際空間站這么重,很大原因就是因為這個。
空間站各個艙體之間依靠桁架結構來進行搭建,雖然整體上是桁架結構的第四代載人航天器標準,但是具體到各個艙體以及艙體與實驗艙、核心艙對接方式,則采用的是第三代“積木式”的做法,這就造成了在420噸的規模里,只有約180噸的艙段規模可供航天員工作和生活,而且在這180噸的艙體規模中,由于建造的標準分別由多個國家掌握,并不統一,存在一定的技術“代溝”,所以又導致了大量空間的浪費。
而中國空間站則不存在國際空間站上述標準、結構不一致的問題,中國空間站從規劃、設計、建造、發射、運行和后期維護都是由中國獨立完成的,部組件全部國產化,原材料全部國產化,關鍵核心元器件 100%自主可控。這樣的好處是,可以最大程度地對空間進行優化,并且還能保障航天員的舒適度。
以天和核心艙為例,“天和”核心艙由大柱段+小柱段+資源艙+節點艙+后端通道構成,。節點艙有出艙口、3個對接口和2個停泊口。小柱段主要為航天員居住的地方,可支持3名航天員長期在軌駐留,配備有三個睡眠區,一個衛生區和一個鍛煉區。大柱段主要進行艙內空間科學實驗和技術試驗。
這樣的結果就是,即使天宮空間站的天和核心艙只有20噸級別,其實現的功能,完全可以與國際空間站三四個艙段組合體相媲美。
除此之外,中國空間站模塊化、標準化的艙內科學實驗機柜與安裝在科學實驗機柜中的標準實驗單元將使太空實驗變得更加方便——只要遵循同一個技術標準,它們都將能夠被裝入科學實驗機柜中,既方便了航天員的操作,也提高了科學實驗機柜的使用與周轉效率。
采用了模塊化、標準化安裝之后,天宮空間站硬是塞入了16個科學實驗柜和7個預留實驗柜,而國際空間站在大了9倍的空間中,也不過只有37個。在塞入了24個實驗柜之后,天宮空間站依然保留了大量的航天員的活動空間,并沒有因此就把空間站搞得擁擠不堪。
舉一個簡單的例子,國際空間站號稱最多可容納13人,但是床位才只有7個,其他人只能打地鋪,而整個空間中的房間也有6個,如果要算打地鋪的話,我們也可以說自己能夠容納十幾個人。
除此之外,國際空間站因為是多個國家建造的產物,所以他有一個很大的特點,那就是亂,從曝光的畫面可以看出,國際空間站有許多裸露的電線,很多設備的擺放位置也亂糟糟的。
亂糟糟的結果就算浪費空間,除此之外也會導致丟東西,事實也確實如此,國際空間站曾經被爆出有200多個東西找不到了。而且還曾經因為丟失了化學濾毒罐,而被迫放棄太空行走的任務。
亂糟糟的國際空間站還藏污納垢,有許多該丟的垃圾也沒有丟棄,嚴重影響宇航員的工作效率和生活體驗,曾經還被迫做過大掃除,丟了不少垃圾。
我國空間站就不存在這個問題,因為是統一設計、統一建造,我國空間站整潔有序,你可以看一下夢天、天和、問天三大艙段的內部空間,幾乎像是復制粘貼出來的一樣,統一化標準化的設計看起來真的很賞心悅目。
即使到了神舟十執行任務的時候,整個空間站內部雖然有裸露的電線,但是整體還是非常簡單舒服。
而且即使未來有其他國家的宇航員進來中國空間站,我們剛剛也說了,中國的科學實驗柜是標準化、模塊化的,所以中國空間站有一套自己統一的標準,未來所有的科學實驗都需要事先通過審核,按照標準使用設備或者訂制專門模塊,在軌實驗也會按規范執行。這樣一來,實驗的效率不僅有保證,還不容易出現插錯纜線或者被不小心碰掉插頭導致實驗失敗甚至發生事故的情況。
剛剛我們說了,國際空間站這么重,很多辦法原因是因為大量的太陽能電池板,但是中國就沒有這個煩惱,中國全球首次采用柔性砷化鎵太陽能電池翼,柔性的設計相比之前國際空間站的機械折疊展開,能讓太陽能電池板有更多使用和擴展空間
不僅光電轉換效率超過了30%,同時電池翼面積也成倍提升,供電能力更強,供電功率達到了100KW。而且不需要過多的散熱設備,在這塊上,中國空間站可以說是大大減負了。
除此之外,國際空間站搭載大量的化學燃料發動機,每年至少需要燃燒7.5噸的化學燃料,耗資高達2億美元。
而中國天宮號呢,配備了4臺霍爾推進器,采用將惰性氣體電離并高速噴出的方式產生微弱推力,可以近乎無限時間連續工作。霍爾電推進系統,以其比沖高、壽命長、控制精度高(推力小)等特性,可以“細水長流”地發揮作用,輔助空間站抵抗軌道衰減,使其維持在原定軌道上正常運轉,做到自行維護軌道。更重要的是,霍爾電推進系統可有效節省核心艙自帶推進劑的消耗,要比常規動力燃料消耗低一個數量級。不僅大幅度地提高了燃料使用效率,而且降低了空間站的維護管理成本。
總而言之,很多人光看到國際空間站大了,事實上,國際國際站很多地方都是大而無用,這既有時代的原因,也有中國所有航天日前赴后繼上下一心的結果。