首页 > 延边科协 > 科普宣传 > 中国空间站这么贵,为何还要装1吨重的6个铁球?

手机版百姓热线
空白

中国空间站这么贵,为何还要装1吨重的6个铁球?

2022年09月06日 09:39   来源: 宇宙解码

火箭发射时,所有的承载量都要用到刀刃上。因此载重量可是能轻则轻,绝对不能超重,

毕竟,航天器的造价不菲,每一克的价值就如同半两黄金。

然而,我国的空间站却带了6个大铁球上去,加起来总质量有1吨的样子。

为什么载重量如此吃紧的情况下,还要带大铁球呢?是嫌空间站太轻了?

6个大铁球

这6个大铁球位于天宫空间站的核心舱“天和”上,整齐地排列在核心舱边缘的圆圈上。

在航天领域有这样一个说法:每增重航天器1千克,就要相应增加750千克的燃料。

所以在设计航天器的时候,是能减轻质量就减轻质量,既节约燃料,又节约成本。

可是,这6个铁球加起来的质量有1吨左右,那么增加的燃料得750吨。

难道安装这6个铁球是为了证明咱们国家的航天不缺钱?

当然不是,航天器上面的每一个零部件都是有其作用的,我们不能光看这6个铁球重,而忽视它在空间站中所发挥的作用。

这些大铁球有一个专业名词,叫作“控制力矩陀螺”,也就是说,它看似是个球,其实本质上是陀螺。

它会像陀螺一样旋转,然后改变空间站的力矩,用以调整空间站的姿势。

我们都知道,空间站不可能永远保持一个姿势,它需要根据各种情况进行调整。

这6个大铁球并不是镶嵌在天和号上的,它们和核心舱之间有一个连接器。

这6颗铁球均匀分布,如果需要调节方向,可以旋转这6个陀螺,最高转速可以达到7000转/秒。

如果对它们的工作还是没有概念,我们可以想象一种玩具手指陀螺,当它在人的手上快速旋转时,手指会感受到一股力。

这其实就是手指陀螺在改变人手的力矩,不过因为它太小了,不足以改变我们手的姿势。

所以,这不是给空间站增重的,而是它必须的零部件。

但是这种零部件一个就有100多公斤重,万一出了故障如何更换呢?

很简单,100多公斤是它在地球上的重量,进入太空之后失重,宇航员都是大力士,搬动100多公斤的铁球完全不是问题。

在天和机械臂的帮助下,就能实现更换。

大铁球工作

空间站虽然会在太空中停留很久的时间,但并不表示它会不用调整自己的飞行轨迹。

甚至在特殊时刻,它还需要调整自己的轨道。

太空中存在着超过1亿件太空垃圾,它们大小各异,有些是废弃的卫星,一坨就有几百公斤重;也有一些是脱落的碎片,只有几克重。

它们的飞行速度在2.8到7千米/秒,这样的速度,随便一撞,轻则毁掉零部件,重则直接空间站报废。

天宫空间站在设计之初,就必须考虑到这种危险情况。

因此,必须具备调节自身姿势的功能,不然就直愣愣地被撞了。

除了躲避危险,空间站在对接的时候,也要调整自己的姿势,以便更好地对接。

航天器对接分为手动和自动,不管哪种,都需要这6个大铁球发挥作用。

必要的时候,空间站甚至会掉一个头,保证自己的某一部分始终朝着地球,能更好地接受地球的信号或者发射信号。

国际空间站建设的时候,还没有控制力矩陀螺,所以采取的是反推,利用发动机朝反方向喷射,以便调整方向和姿势。

这样的后果就是使用很多燃料进去,根据统计,国际空间站每年需要10亿美元的额外燃料,它们主要被用于调整空间站上。

后来,国际空间站实在是承受不起这样的烧钱,于是在空间站的主体舱上安装了4个控制力矩陀螺,每个的质量在270多千克。

因为可以用电力驱动它,而空间站上的电来自太阳能充电板,这样就能节省不少燃料。

我国吸取了这个教训,一开始就使用控制力矩陀螺,节省了很多成本。

所以,不要再说安装铁球是费钱,人家是节省钱的。

空间站的推进器

不少人认为,空间站这个大家伙,推进它需要很大的能量吧。

其实,天宫空间站的推进器,力量在地球上只能推动一张纸,惊不惊喜?意不意外?

这种推进器叫做霍尔推进器,就是大家高中都很熟悉的霍尔效应。

通俗来说,空间站的推进器喷出来的不是火,而是粒子流。利用电场给带电粒子加速,它们以极快的速度被喷射出来,提供了一个推力。

我国的空间站重达60多吨,但是推进器只有0.32牛的推力。

在地球上,真的只能推一张纸。但是在太空中,没有空气阻力,只要轻轻一个力就能让空间站前进。

不过,霍尔推进器也是要耗能的,它会消耗电能和粒子。

电能主要来源于太阳能充电,粒子来自于提前带上去的气体,主要是氙气。

氙气容易电离,产生带电粒子。果然是天宫,连驱动都是氙(仙)气!

如果氙气消耗完毕,就会因为喷射粒子不够而出现喷射不足的现象。

所以,补充物质的运输火箭,可以定期补充压缩的氙气上去。

为何选择粒子推进器而不是燃料推进器呢?这是因为,太空没有氧气,如果使用燃料,还需要额外携带助燃剂,这会增加携带的重量。

霍尔推进器没有这个顾虑,它只需要携带足够的粒子就可以实现连续不断地供能。

此外,霍尔推进器的速度上限比燃料更高,燃料的极限速度是第一宇宙速度,但是霍尔推进器的极限速度,理论上可以达到第三宇宙速度,甚至更大。

某种程度上,它才是未来航天动力的主力。

只是,目前的霍尔推进器提供的推力都比较小,最大的推进器大约3牛顿的力,想要用它实现自由的飞行,还需要继续努力。

空间站的作用

有人抨击我国的空间站是“面子工程”,劳民伤财,没有实用。

实际上,我们每个人都是航天技术的受益者,只是很多人没有发现。

我们吃的蔬菜、水果,甚至是西北地区种的树,里面都有一种神秘的科技——太空育种。

植物的细胞在失重、辐射的情况下,会出现变异,改变原有的性状,得到新的性状,比如产量提高、更耐旱、更耐寒等。

比如我们市面上的一种辣椒,它的维生素含量比一般辣椒高30%,它不是普通的辣椒,它是去太空旅行过的辣椒!

很多人不知道,我国的太空育种有超过2000亿的市场规模,已经逐渐进入大家的生活。

只可惜,一些人吃着太空育种的高品质蔬菜,说着“面子工程”的风凉话。

空间站还有一个功能,就是完成太空实验,尤其是生物实验。

我们知道,实验需要大型的设备,如果只是普通的载人卫星,宇航员在上面根本施展不开,更不可能携带大型实验设备。

能做到这两点的,只有空间站。因为西方国家的阻扰,我国无法进入国际空间站,如果没有自己的空间站,那么有些实验,我们永远做不了。

比如大家都很关心的太空种菜,没有空间站就没法进行。

为了不浪费我国种菜的种族天赋,将菜种向星辰大海,我们需要空间站。

所以,天宫空间站不是我国探索太空的尽头,它只是一个起点。

未来,会有更多的国产航天器在太空中发挥它们各自的作用。

(声明:本文来源宇宙解码,转载仅做学习交流,非商业用途,所有转载文章都会注明来源,如文章、照片的原作者有异议,请于后台联系我们,我们会进行快速处理或删除,谢谢支持。)

编辑:李娜   审核:钱洪涛   终审:于衍来

延边发布客户端
[ 本作品中使用的图片等内容,如涉及版权,请致电。确认后将第一时间删除。联系电话:0433—8157607。]

延边信息港 / 延边发布客户端
标签: 空间站  铁球  推进器  太空  陀螺 

信息广场

登录天池云账号