宇宙飛船科技知識(shí)
宇宙飛船科技知識(shí)
宇宙飛船供電系統(tǒng)中，航天器電源系統(tǒng)的可靠性及安全性，一直是航天器系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一。對(duì)于飛船而言，電力系統(tǒng)是其核心組成部分，它必須能夠在極端環(huán)境條件下仍然保持極高的可靠性。下面是學(xué)習(xí)啦小編為你整理的宇宙飛船科技知識(shí)，供大家閱覽!
宇宙飛船發(fā)射時(shí)，太陽(yáng)能帆板處于折疊狀態(tài)，飛船和火箭分離后帆板打開(kāi)，并在飛行中不斷調(diào)整方向。
美國(guó)宇航局正在研發(fā)的斯特林同位素?zé)犭姍C(jī)，將為未來(lái)的長(zhǎng)期太空任務(wù)提供電力支持。
如果采用核電技術(shù)，未來(lái)我們?nèi)ネ鹦菚r(shí)，甚至不需要專(zhuān)門(mén)攜帶一臺(tái)發(fā)電機(jī)，因?yàn)槲覀兊娘w船本身就攜帶了一座核電站。
10月17日，神舟十一號(hào)載人飛船成功發(fā)射升空，很多人在為神舟十一號(hào)發(fā)射成功深感自豪的同時(shí)，可能也會(huì)好奇，宇宙飛船到了太空就沒(méi)有了供電的來(lái)源，它是如何解決自身運(yùn)行及航天員實(shí)驗(yàn)、生活所需要的電力供應(yīng)呢?下面，就帶你一起來(lái)尋找答案吧!
宇宙飛船科技知識(shí)：宇宙飛船是如何供電的?
我們?nèi)粘Ｉ钪械挠秒姸紒?lái)自發(fā)電廠，宇宙飛船到了太空就沒(méi)有了供電的來(lái)源，那么它用的電是從哪里來(lái)的呢?
航天器所需的電能大都來(lái)自自備的發(fā)電站。以載人航天器為例，其發(fā)電站有太陽(yáng)能發(fā)電、核能發(fā)電、燃料電池供電和蓄電池供電等方式，采用哪種方式供電，要根據(jù)載人航天器要求的用電功率大小、在空間停留時(shí)間的長(zhǎng)短和使用條件等來(lái)決定。宇宙飛船需要太陽(yáng)帆板(即太陽(yáng)冀)和蓄電池協(xié)同工作在光照區(qū)，用太陽(yáng)能電池一邊給宇宙飛船供電，一邊為蓄電池充電。宇宙飛船飛行時(shí)，在光照區(qū)用太陽(yáng)能電池發(fā)電、供電，在陰影區(qū)用蓄電池供電。
那么，有人可能會(huì)問(wèn)：太陽(yáng)能帆板到底是什么?太陽(yáng)能帆板是一種收集太陽(yáng)能的裝置，通常用于人造衛(wèi)星、太空探測(cè)器和宇宙飛船的供能。此次神舟十一號(hào)飛船安裝了8塊砷化鎵太陽(yáng)能電池板，砷化鎵電池板具有效率高、重量輕、面積小、抗輻照能力強(qiáng)等特點(diǎn)，它能將太陽(yáng)能高效轉(zhuǎn)化為電能，然后儲(chǔ)存在人造衛(wèi)星、宇宙飛船里。由于飛船上的許多試驗(yàn)儀器裝置都依賴電力作為能源，因此太陽(yáng)能帆板能否正常展開(kāi)是飛船飛行中一個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作，只有太陽(yáng)能帆板成功展開(kāi),宇宙飛船的供電才有保障。
宇宙飛船科技知識(shí)：宇宙飛船的供電系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)?
航天器電源系統(tǒng)的可靠性及安全性，一直是航天器系統(tǒng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一。對(duì)于飛船而言，電力系統(tǒng)是其核心組成部分，它必須能夠在極端環(huán)境條件下仍然保持極高的可靠性。
具有高可靠性
電源是宇宙飛船和航天員安全的一大保障，盡管飛船上搭載的電子設(shè)備很多只是偶爾需要電力供應(yīng)，但也有一部分設(shè)備是必須確保不間斷供電的，比如信號(hào)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)必須時(shí)刻處于通電狀態(tài)，而如果是載人飛船，那么生命維持系統(tǒng)和照明系統(tǒng)也同樣將是不能關(guān)閉的。
宇宙飛船設(shè)計(jì)上對(duì)電源的要求是“一次故障正常，二次故障安全”，即當(dāng)電源出現(xiàn)一次故障時(shí)，宇宙飛船完全能夠正常飛行，一旦出現(xiàn)第二次故障，就要有足夠的電源保證地面上的指令能傳遞到宇宙飛船上，指示航天員操控飛船立即返回地面。
專(zhuān)家介紹，天宮二號(hào)在供配電方面實(shí)現(xiàn)了高度集成化模塊設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的航天器電源系統(tǒng)核心部件“開(kāi)關(guān)”，往往采用機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器開(kāi)關(guān)，一旦機(jī)械觸點(diǎn)“開(kāi)關(guān)”發(fā)生故障，將對(duì)航天器的性能及可靠性產(chǎn)生重大影響。在普通民眾住宅的墻上，都會(huì)有一個(gè)電源控制箱，當(dāng)家里某個(gè)電器發(fā)生短路時(shí)，里面的開(kāi)關(guān)就會(huì)自動(dòng)跳閘進(jìn)行保護(hù)。天宮二號(hào)的配電“管家”不僅能夠像普通的供電開(kāi)關(guān)那樣供上電，還能在故障時(shí)切斷電，在故障修好后又自動(dòng)恢復(fù)供電。當(dāng)神舟十一號(hào)和天宮二號(hào)對(duì)接?？亢?，部分設(shè)備停止工作，屆時(shí)整個(gè)飛船的負(fù)荷將減小至40%，蓄電池在長(zhǎng)期小負(fù)荷情況下不斷充放電，產(chǎn)生記憶效應(yīng)，一旦負(fù)荷又增加回到額定負(fù)荷，就會(huì)出現(xiàn)蓄電池供電能力不足的問(wèn)題。為解決這一棘手問(wèn)題，使蓄電池“失憶”，設(shè)計(jì)師通過(guò)大量地面長(zhǎng)期試驗(yàn)，最終摸索出了一條和神舟十一號(hào)工作狀態(tài)相匹配的充電曲線。
減重設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵
電源是宇宙飛船上的“重量大戶”，所以減重設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。一般情況下航天器的電源系統(tǒng)會(huì)占到整個(gè)航天器質(zhì)量的大約30%，并且一般可以分解為三大部分：發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及電源管理及分配系統(tǒng)。這些系統(tǒng)對(duì)于飛船來(lái)說(shuō)絕對(duì)是必要且關(guān)鍵的，而為了適應(yīng)飛船的特殊使用條件，它們?cè)谫|(zhì)量和設(shè)計(jì)上會(huì)有一系列嚴(yán)苛的要求。它們的質(zhì)量必須足夠小，以便提升所謂“能量密度”，也就是說(shuō)它必須能夠在足夠小的體積內(nèi)產(chǎn)生足夠強(qiáng)大的電力。
使用壽命足夠長(zhǎng)
供電系統(tǒng)不僅必須能夠確保每一件飛船搭載設(shè)備的電力使用需求，它還必須確保在整個(gè)飛船的使用壽命內(nèi)能夠持續(xù)提供這樣的電力支持——這樣的時(shí)間可能是幾年、幾十年甚至上百年。舉例來(lái)說(shuō)，從地球飛往木星需要5~7年，飛往冥王星需要超過(guò)10年，而要想離開(kāi)我們的太陽(yáng)系，需要連續(xù)飛行20~30年。專(zhuān)家表示，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的使用壽命必須足夠長(zhǎng)，因?yàn)橐坏┌l(fā)生故障，這時(shí)候再要想派工程師前去維修顯然是不現(xiàn)實(shí)的。
能經(jīng)受極端環(huán)境考驗(yàn)
考慮到飛船運(yùn)行環(huán)境的特殊性，飛船電力系統(tǒng)還必須能夠在零重力和高真空環(huán)境下正常運(yùn)作，同時(shí)必須經(jīng)受超強(qiáng)輻射環(huán)境和極端溫度的考驗(yàn)。專(zhuān)家介紹，如果你的探測(cè)器打算在金星表面著陸，那邊的溫度是460攝氏度。而如果你打算沖入木星大氣層，那么那里的溫度是零下150攝氏度。
宇宙飛船科技知識(shí)：未來(lái)，宇宙飛船將用什么供電?
當(dāng)前，研究人員正在為未來(lái)的空間探測(cè)任務(wù)研發(fā)“斯特林放射性同位素發(fā)電機(jī)”(SRG)?；诂F(xiàn)有的放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī)(RTG)，這種SRG新型同位素發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率遠(yuǎn)高于其基于熱電同類(lèi)，且它的體積可以做到非常小，當(dāng)然也有代價(jià)，那就是其技術(shù)的復(fù)雜程度也將隨之大大上升。
美國(guó)宇航局在規(guī)劃未來(lái)前往木衛(wèi)二的探測(cè)任務(wù)時(shí)，也在考慮研發(fā)新型電池類(lèi)型。這種電池可以適應(yīng)在零下80攝氏度至零下100攝氏度的極端低溫環(huán)境下正常使用。先進(jìn)的鋰離子電池技術(shù)也正在被不斷改進(jìn)，以便將其儲(chǔ)能量提升一倍。這些舉措將大大提升電池的能量密度，從而延長(zhǎng)宇航員在太空連續(xù)執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間。
太陽(yáng)能帆板技術(shù)也正在同步推進(jìn)研發(fā)，新型太陽(yáng)能帆板能夠適應(yīng)在遠(yuǎn)離太陽(yáng)、光照強(qiáng)度弱、溫度極低的環(huán)境下正常工作。這樣的技術(shù)進(jìn)步意味著未來(lái)借助太陽(yáng)能帆板的探測(cè)器或許將能夠在更加遠(yuǎn)離太陽(yáng)的空間區(qū)域執(zhí)行探測(cè)任務(wù)。
目前人類(lèi)的技術(shù)還無(wú)法做到讓核聚變能量作為一種穩(wěn)定而可靠的飛船能源。并且目前我們所能建造的核聚變裝置，如托克馬克裝置，體積都極其巨大，一般都需要一間大型房間才能容得下，根本沒(méi)有辦法安裝到飛船上。核反應(yīng)堆使用核裂變技術(shù)，這是目前人類(lèi)已經(jīng)成熟掌握的發(fā)電手段。采用這種能源方式對(duì)于那些采用全電力推進(jìn)，或是未來(lái)計(jì)劃在月球及火星表面長(zhǎng)期駐留的太空任務(wù)會(huì)比較適合。如果真是這樣，我們?nèi)ネ鹦菚r(shí)，甚至不需要專(zhuān)門(mén)攜帶一臺(tái)發(fā)電機(jī)，因?yàn)槲覀兊娘w船本身就攜帶了一座核電站!
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