宇宙是一切空间、物质、能量的总称。我们生活的地球是属于太阳系八大行星之一,它的恒星是太阳,只有一个卫星是月球。人类已经登上月球,探测器也已登录火星,太阳系在我们眼中已经不再那么神秘。太阳系是螺旋状星系银河系的一部分,处于银河系的旋臂上。宇宙中除了银河系的星系我们称之为河外星系,数量大约有千亿个以上。地球创造了生命,这真是一个神奇的事,或许在宇宙中我们不是独一无二的智慧生命,但我们一定要爱护自己的家园——地球。
不会飞的翅膀:航天器太阳电池阵的秘密
这是一篇来自NASA的科普视频,在看完后做的文字解释。
在1968年至1972年之间,美国向月球发射了9次人类飞行任务,其中6次成功
降落下来,将12个人送到了在月球表面行走。
NASA关于登月 探索 的下一章名为Artemis,其任务不仅仅是
在月球上创造一个长期的人类存在,同时也为
人类对火星的任务越来越复杂。
简而言之,我们在这里必须能够做的一切,首先必须在这里做。
那么,Artemis的任务将是什么样的?
一切设计和测试都考虑到了我们最重要的要素:宇航员。
这是他们称为"猎户座"的人类太空飞船的深空空间,分为三部分:乘员舱, 在整个飞行过程中,最多有4位宇航员将在那里生活和工作;服务模块, 配备船员生命支持系统及其自己的发动机和燃油储备;和一个发射中止系统,其发动机能够在发射过程中将乘员模块拉至安全状态, 发生任何错误。
为了完成发射机组人员和重物的任务,NASA正在建造太空
发射系统,包括货舱,勘探上层,大型核心
阶段和2个扩展的固体火箭助推器。
总之,这是世界上最强大的火箭。
它以多种方式超越了阿波罗时代的传奇土星五号。
坐在发射台上,充满燃料的整个火箭重达600万磅,
520万只是燃料。
一旦点燃,就不会停止接下来发生的事情。
所有4台RS-25发动机和2台固体火箭助推器都栩栩如生,轰动了我们的机组人员向上。 (RS-25作为SLS火箭的动力,该款火箭会搭载宇航员对小行星和火星进行 探索 。SLS火箭能够携载130吨物体进入太空,它是 历史 上最强大的太空火箭系统。)
点火后两分钟,固体火箭助推器被消耗并释放。 发射八分钟后,核心阶段被耗尽和分离。
上层短暂射击,使猎户座进入地球周围的停车轨道。
在这里,机组人员重新配置了航天器并检查系统,以确认一切正常准备进行深空旅行。
通过任务控制的"继续",机组人员重新启动了勘探上层发动机完全离开地球。这个动作的确切时机对达到速度至关重要
可以逃避地球的引力,但也使猎户座的路线相交几天后的月亮。
一旦燃烧完成,就将SLS的上级抛弃,船上的工作人员猎户座海岸将近几天,等待所有在月球等待它们的人。
接近月球,我们看到了Artemis和阿波罗之间的根本差异。 无需要求猎户座充当消耗性的月球命令模块或携带受月球着陆器的限制,Artemis飞行任务将采用不同的方法: 预分期。
登月任务所需的一切都将由商业人员提前定位国际合作伙伴。
这包括表面上的漫游者,科学实验和人类评级的系统。
但它还包括绕月球轨道运行的专用月球站,称为月台。
在车站,我们可以对登月机进行强大的前期准备并建立强大的通信中继。
网关采用开放标准设计,可以扩展为新的使命和伙伴关系
开发,允许同时在月球上执行多个人类任务,并实现
甚至在人类执行任务之间也要进行的持续科学。
网关还能够调整其轨道,以允许访问卫星的每个部分。
月球,这是阿波罗任务无法做到的。
但是这种方法的真正关键是将Gateway置于独特的光环轨道中,以使其完美
火星任务所需的演习。
而且,随着越来越多的商业和国际机会,Gateway是
理想的枢纽,是地球与周围一切之间的枢纽。
回到我们的机组人员接近网关时,猎户座必须符合椭圆轨道
以便成功对接。 登上后,预选的机组人员将转移到月球着陆器,而那些则分配给网关保持在站上。
月球着陆器系统本身经过3个独特的步骤:从光环轨道下降
进入低月球轨道的通道;从月球低轨道下降到地面;还有一次
月球任务已经完成,从月球表面发射升空
返回轨道网关的方式。
一旦返回猎户座飞船并从盖特威号上撤下,机组人员开火
引擎突破光环轨道并再次向太空飞船投掷
月球,将其放置在返回地球的多日轨迹上。
在他们旅程即将结束时,服务模块被释放,机组人员模块被释放
首先是防热罩。
每小时以25,000英里的速度进入地球大气层,空气的摩擦减慢了猎户座
同时还要承受5,000度的高温。
现在猎户座每小时仅300英里,一系列降落伞经过了独特的测试和
此时生产的飞机展开,使飞船每小时减速仅20英里。
每次成功完成任务后,Artemis都会吸引下一波男女来 探索 我们的月亮。
并证明,我们已经准备好超越。
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不管是卫星、飞船还是空间站,它们要在太空飞行,都会将自己的“翅膀”太阳电池阵尽情伸展,姿态悠然得就像翱翔的鸟儿一样。太空环境危险重重,太阳电池阵如何守护航天器安全飞行的呢?
尽管太阳电池阵通常装在航天器的两侧,看上去就像是航天器的一对小翅膀,然而我们都知道,它并不是用来飞行的。太阳电池阵能够将太阳能转化为电能,为航天器中的仪器设备提供能源,是航天器在执行任务时必不可少的能量来源。
那么,太阳电池阵发电能力怎么样,它能发多少电?航天器在太空中迎着太阳的区域运行时,如果将它受到的太阳光能完全转化成电能,1m?就有1353W。但由于温度及光照等条件的影响,太阳电池阵并不能够100%的将太阳能转化为电能。
举个例子,太阳电池阵中10cm?的电池片在25℃时,它将太阳能转化为电能的转换效率为15%,能发出的电功率是0.2W。而在高温下,电池片的转换效率大致要下降20%。
如果我们按照10cm?的电池片最大产生0.5V的电压来计算,那么,60个电池片串联起来就可以得到一个功率为12W,电压为30V的小发电厂了。将100个这样的小发电厂并联起来就能够提供1200W的电功率。而太阳电池阵上有上百个这样的小发电厂,也就是说,它能够为航天器提供上千瓦的电。
航天器被运载火箭送入轨道后,它的太阳电池阵才会慢慢展开。此前,电池板会折叠收拢压紧在舱体两侧,这样既能提高抗振动冲击能力,又能藏在火箭的整流罩内,便于携带。航天器的小翅膀是怎样展开的呢?
太阳电池阵的几块电池板由铰链相连接。航天器进入预定轨道后,根据指令点燃压紧装置上的火工品,解除压紧。在电池板的铰链轴上装有类似钟表的发条,压紧解除后,电池板就会在发条的作用下慢慢展开。
太空环境复杂危险,每天,在轨飞行的太阳电池阵都要经受十几次的高低温循环温度考验;遭受一种腐蚀性极强的原子氧的侵蚀;接受到会使材料变脆变暗的强紫外线照射等。除了上面这些必然情况,太阳电池阵还可能会遇到能把航天器、太阳电池阵充上负几百伏以上的静电的等离子体的气体,或者遇到会损害太阳电池阵性能的太阳耀斑。
为了抵御上面这些因素的侵害,太阳电池阵必须设计得特别牢固,能长时间地经受这些恶劣环境的考验,并且性能不会显著下降。太阳电池阵做到了吗?
目前,航天器上用的太阳电池片虽然厚只有约0.2mm,但是却是由近十层功能不同的材料组成的。比如,太阳电池片上面的石英盖片,可用于减少对太阳光的反射,滤去有害的紫外线,同时可以提高太阳电池耐受空间带电粒子辐射损伤的能力,减少太阳电池性能的衰降。
来源/《中国载人航天科普丛书——巡天神舟》
改编/杨斯爽
审校/杨洁
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文章不错《太空科普文章》内容很有帮助