周五·深空探测,飞行距离将超过国际空间站距离地球的1000倍

作者: 今日推荐  发布:2020-01-04

原标题:航天器深空生存所需的五大技术

据NASA官网报道,当载人宇宙飞船进入深空后,需要很多技术保护人员和设备的安全。由于宇宙飞船在太空飞行的距离和时间都很长,要求各个系统在远离地球的情况下都能可靠运行,在紧急情况下也能让宇航员活下来,同时重量不能太重否则火箭无法将其发射升空。

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NASA的猎户座飞船将依靠世界最强大火箭SLS离开地球,开始执行探月任务。猎户座飞船将从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射并飞越月球,飞行距离将超过国际空间站距离地球的1000倍,超越以前任何载人飞船。为完成这个壮举,猎户座飞船内置了可帮助其深入探索太阳系的新技术。

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生活和呼吸系统

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由于人类要远离地球进行更长距离的探索,因此系统必须非常可靠,能保证人员安全,同时将重量和体积降至最低。猎户座飞船装备了先进的专为深空探索任务设计的环境控制和生命支持系统。在国际空间站上测试的高科技系统可用于清除猎户座飞船内部的CO2和湿气,确保人员呼吸空气的安全。控制飞船硬件的水凝结可防止水进入敏感设备或腐蚀第一层抗压结构。

原文:

澳门新葡新京官方网站,新系统还节省了飞船内部空间,没有这种技术,猎户座飞船将不得不携带很多化学品罐,而这些化学品罐将占32立方英尺空间,约为宇航员居住空间的10%。猎户座飞船还有新的紧凑型卫生间,比国际空间站的小。探索任务需要长期远离地球,促使工程师设计紧凑型系统,不只是尽可能让宇航员活动空间大些,而且也是为了容纳足够食物和水以应对数日或数周的飞行。

翻译:汪荣鑫

由于飞船长距离飞行,无法像空间站一样获得地球不断供给,因此高度可靠的系统非常重要。即使小系统也必须可靠,从马桶到自动灭火器,或健身设备,都是维持在太空生活的重要系统。远离地球也要求猎户座飞船的宇航服能在舱内压力下降时保证宇航员能活6天,直到飞回地球。

校对:陈艳玲、陆寅枫

推进系统

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飞船进入太空更远,更需要推进系统保持精确,确保航天员安全回到地球。猎户座有着高性能辅助设备舱为飞船供电,提供推动力确保飞船绕月飞行和返回地球。辅助设备舱有33个不同尺寸的引擎,主发动机将在整个探索任务中提供主要操作性能,包括让猎户座进入月球轨道,点火离开月球轨道返回地球。另外32个引擎用于猎户座在轨的转向和控制。

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部分由于其推进系统的能力,包括可装近2000加仑燃料的油箱和在主发动机失灵时的备用发动机,猎户座辅助设备舱可处理长时间和远距离的飞行精确性,有能力在面临各种紧急情况时将宇航员安全带回地球。

艺术家渲染的NASA猎户座宇宙飞船。

隔热技术

它在探索任务-1期间飞越月球6.4万公里,这是它与太空发射系统火箭的首次飞行。

探月任务并非易事,飞到月球只是一半,飞船在太空飞行距离越远,在返回地球时产生的热量越多。要安全返回需要帮助飞船经受30倍音速,2倍于熔岩温度或太阳表面温度一半的技术。当猎户座从月球返回,速度接近25000英里/小时,采用AVCOAT材料制作的先进隔热防护屏可抵御温度的升高,猎户座的防护屏是迄今最大的一个,在飞船重返地球时可经受约5000华氏度的高温。

航天器进入深空时,它需要一系列功能来保证航天员的安全。远距离和长时间要求航天器必须具有能够在远离地球处可靠地运行的系统,在紧急情况下能维持宇航员的生存并且仍然足够轻。

在重返地球前,猎户座也将经受700度的温差,最低为-150华氏度,最高为550华氏度。猎户座的高性能隔热系统与热控制系统,将保护飞船免受阳光直射和无阳光时候低温的侵害,使得内部温度始终保持在77华氏度,让宇航员享受安全和稳定的内部环境。

当NASA猎户座宇宙飞船乘着世界上最强大的火箭离开地球时,月球附近的任务将开始。猎户座将超过月球,是低地球轨道上1000倍,并且比任何载人航天器都要远。为了实现这一壮举,猎户座拥有内置技术,使机组人员和航天器能够远程探索太阳系。

防辐射技术

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由于飞船离开了地球磁场的保护,暴露在恶劣的辐射环境中,带电粒子和太阳风可破坏电脑、航空电子和其他设备。暴露在大量辐射环境下,人会出现长期或严重的健康问题,短期内会出现放射病,长期会发展成癌症。猎户座内置的系统级功能可确保飞船在辐射环境下元器件的安全。例如,猎户座装备了4台相同的电脑,每台都能自我检测,还有一台完全不同的备用电脑,确保飞船在被辐射损坏时依然可发送指令。

生命保障系统

工程师按照高标准测试零部件和系统,确保所有关键系统能在极端环境下运行。猎户座也在乘员舱主甲板下安装了临时太阳风防护屏。NASA制定了飞船宇航员可在太阳黑子爆发时,利用飞船自身材料制作临时防护屏的计划。飞船上还有各种辐射传感器,可帮助科学家更好了解远离地球时的辐射环境。

随着任务周期越来越长,生命保障系统必须高度可靠,同时占用最小的质量和体积。猎户座将配备先进的环境控制和生命支持系统,专为深空任务的需求而设计。已经在空间站上进行测试的高科技系统将消除猎户座内部的二氧化碳和湿气。这对于确保船员呼吸安全是很重要的。

在Exploration Mission-1中,科学家测试了AstroRad试验背心,保护宇航员的重要器官,减少暴露在太阳粒子的辐射下。

该系统还可以节省舱内体积。如果没有这样的技术,猎户座将不得不携带许多化学品罐,这些化学品罐将占据航天器内0.9立方米的空间——大约10%的工作人员宜居区域。紧凑型系统不仅可以最大限度地提高船员舒适度,还可以满足运输耗材(如足够的食物和水)可持续数天或数周。

通信和导航系统

高度可靠的系统至关重要,因为远程机组人员无法从频繁的再补给货物中获得来自地球的备件。即使是小型系统也必须能够可靠地运行,以支持太空生活,猎户座太空服应能够让宇航员在机舱减压的情况下生活六天。

飞船进入太空后,无法使用全球定位GPS系统和地球轨道的通信卫星。与休斯顿的航天控制指挥中心交谈后得知,猎户座的通信和导航系统将依靠NASA的跟踪和数据中继卫星系统和深空网络。猎户座还装备了备用通信和导航系统,在主系统失灵后帮助飞船与地面联系并引导飞行。

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备用导航系统是新的光学导航技术,利用摄像头拍摄地球、月球和其他星星的照片,并自动给猎户座定位。其备用应急通信系统可不使用主系统或天线进行高速数据传输。

适当的推进

航天器进入空间越远,其推进系统就越有能力精确地保持其行程,并确保航天员顺利回家。

猎户座拥有一个功能强大的伺服机构,可作为航天器的动力源,提供推进能力,使猎户座能够进入预定轨道中。伺服机构有33个不同大小的引擎。主引擎将在整个任务中提供主要的空间机动能力,包括将猎户座送入月球轨道,并且还有足够强大的能量使航天器离开月球轨道返回地球。其他32个引擎可用于在轨道上操纵和控制猎户座。

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隔热能力

航天器在太空中行进的距离越远,它返回地球时产生的热量就越多。安全返回需要的技术可以帮助航天器承受30倍声速加两倍于熔岩的温度,也就是是太阳的一半温度。

当猎户座从月球返回时,它将以近4万公里/小时的速度行驶,速度可以在6分钟内覆盖从洛杉矶到纽约市的距离。它的先进隔热罩由一种名为AVCOAT的材料制成,设计用于在加热时磨损。猎户座的隔热罩是有史以来最大的隔热罩,它将帮助航天器在重新进入地球大气层时承受大约2760摄氏度。

在重新进入之前,猎户座还将承受370摄氏度至零下100度的温度范围。猎户座的高性能热保护系统与热控制配合使用,可以在阳光直射和黑暗的环境中保护猎户座,同时其工作人员可以舒适地享受安全稳定的室内温度(约25度)。

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辐射防护

当航天器在超出地球磁场保护范围内的任务中行进时,它将暴露于比低地球轨道更严酷的辐射环境中,其中带有更多来自带电粒子和太阳风暴的辐射,这些辐射可能导致关键计算机,航空电子设备和其他设备的故障。暴露于大量辐射的人类可能会遇到急性和慢性健康问题,从近期的放射病到长期患癌症的可能性。

猎户座的设计从一开始就具有内置的系统功能,以确保潜在辐射事件期间航天器元器件的可靠性。例如,猎户座配备了四台相同的计算机,每台计算机都是自检的,另外还有一台完全不同的备用计算机,以确保猎户座在发生中断时仍能发送命令。工程师已经对零件和系统进行了高标准测试,以确保所有关键系统即使在极端情况下也能保持可操作性。

猎户座在舱主甲板下方还有一个临时风暴避难所。在发生太阳辐射事件时,美国宇航局已制定计划,在航天器上使用舱内材料建造临时避难所。航天器上还将设有各种辐射传感器,以帮助科学家更好地了解远离地球的辐射环境。在探索任务-1上将进行一项名为AstroRad的测试,并测试一种实验性背心,该背心有可能屏蔽对重要器官的太空辐射。

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持续的沟通和导航

远离家乡的航天器超过了太空中的全球定位系统(GPS)以及地球轨道上的通信卫星的通信范围。为了与休斯顿的任务控制部门交谈,猎户座的猎户座将使用NASA的所有三个空间通信网络。当它从发射台上升到地月之间的空间时,猎户座将从近地网络切换到空间网络,首先跟踪和数据中继卫星实现,最后由深空网络实现。

猎户座还配备备用通信和导航系统,以使航天器与地面保持联系,并在主系统发生故障时定位自己。备用导航系统是一种相对较新的技术,称为光学导航,它使用相机拍摄地球,月球和星星的照片,并从照片中自主地对猎户座的位置进行三角测量。其备用应急通信系统不使用主系统或天线进行高速数据传输。

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图片来源:society6.com返回搜狐,查看更多

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