宇宙飛船科技知識
宇宙飛船科技知識
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)重點關注的問題之一。對于飛船而言，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。下面是學習啦小編為你整理的宇宙飛船科技知識，供大家閱覽!
宇宙飛船發(fā)射時，太陽能帆板處于折疊狀態(tài)，飛船和火箭分離后帆板打開，并在飛行中不斷調整方向。
美國宇航局正在研發(fā)的斯特林同位素熱電機，將為未來的長期太空任務提供電力支持。
如果采用核電技術，未來我們去往火星時，甚至不需要專門攜帶一臺發(fā)電機，因為我們的飛船本身就攜帶了一座核電站。
10月17日，神舟十一號載人飛船成功發(fā)射升空，很多人在為神舟十一號發(fā)射成功深感自豪的同時，可能也會好奇，宇宙飛船到了太空就沒有了供電的來源，它是如何解決自身運行及航天員實驗、生活所需要的電力供應呢?下面，就帶你一起來尋找答案吧!
宇宙飛船科技知識：宇宙飛船是如何供電的?
我們日常生活中的用電都來自發(fā)電廠，宇宙飛船到了太空就沒有了供電的來源，那么它用的電是從哪里來的呢?
航天器所需的電能大都來自自備的發(fā)電站。以載人航天器為例，其發(fā)電站有太陽能發(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、在空間停留時間的長短和使用條件等來決定。宇宙飛船需要太陽帆板(即太陽冀)和蓄電池協(xié)同工作在光照區(qū)，用太陽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，在光照區(qū)用太陽能電池發(fā)電、供電，在陰影區(qū)用蓄電池供電。
那么，有人可能會問：太陽能帆板到底是什么?太陽能帆板是一種收集太陽能的裝置，通常用于人造衛(wèi)星、太空探測器和宇宙飛船的供能。此次神舟十一號飛船安裝了8塊砷化鎵太陽能電池板，砷化鎵電池板具有效率高、重量輕、面積小、抗輻照能力強等特點，它能將太陽能高效轉化為電能，然后儲存在人造衛(wèi)星、宇宙飛船里。由于飛船上的許多試驗儀器裝置都依賴電力作為能源，因此太陽能帆板能否正常展開是飛船飛行中一個關鍵動作，只有太陽能帆板成功展開,宇宙飛船的供電才有保障。
宇宙飛船科技知識：宇宙飛船的供電系統(tǒng)有哪些特點?
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)重點關注的問題之一。對于飛船而言，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備很多只是偶爾需要電力供應，但也有一部分設備是必須確保不間斷供電的，比如信號接收機和發(fā)射機必須時刻處于通電狀態(tài)，而如果是載人飛船，那么生命維持系統(tǒng)和照明系統(tǒng)也同樣將是不能關閉的。
宇宙飛船設計上對電源的要求是“一次故障正常，二次故障安全”，即當電源出現(xiàn)一次故障時，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。
專家介紹，天宮二號在供配電方面實現(xiàn)了高度集成化模塊設計。傳統(tǒng)的航天器電源系統(tǒng)核心部件“開關”，往往采用機械觸點的繼電器開關，一旦機械觸點“開關”發(fā)生故障，將對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，都會有一個電源控制箱，當家里某個電器發(fā)生短路時，里面的開關就會自動跳閘進行保護。天宮二號的配電“管家”不僅能夠像普通的供電開關那樣供上電，還能在故障時切斷電，在故障修好后又自動恢復供電。當神舟十一號和天宮二號對接?？亢?，部分設備停止工作，屆時整個飛船的負荷將減小至40%，蓄電池在長期小負荷情況下不斷充放電，產(chǎn)生記憶效應，一旦負荷又增加回到額定負荷，就會出現(xiàn)蓄電池供電能力不足的問題。為解決這一棘手問題，使蓄電池“失憶”，設計師通過大量地面長期試驗，最終摸索出了一條和神舟十一號工作狀態(tài)相匹配的充電曲線。
減重設計非常關鍵
電源是宇宙飛船上的“重量大戶”，所以減重設計非常關鍵。一般情況下航天器的電源系統(tǒng)會占到整個航天器質量的大約30%，并且一般可以分解為三大部分：發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及電源管理及分配系統(tǒng)。這些系統(tǒng)對于飛船來說絕對是必要且關鍵的，而為了適應飛船的特殊使用條件，它們在質量和設計上會有一系列嚴苛的要求。它們的質量必須足夠小，以便提升所謂“能量密度”，也就是說它必須能夠在足夠小的體積內產(chǎn)生足夠強大的電力。
使用壽命足夠長
供電系統(tǒng)不僅必須能夠確保每一件飛船搭載設備的電力使用需求，它還必須確保在整個飛船的使用壽命內能夠持續(xù)提供這樣的電力支持——這樣的時間可能是幾年、幾十年甚至上百年。舉例來說，從地球飛往木星需要5~7年，飛往冥王星需要超過10年，而要想離開我們的太陽系，需要連續(xù)飛行20~30年。專家表示，供電系統(tǒng)設計的使用壽命必須足夠長，因為一旦發(fā)生故障，這時候再要想派工程師前去維修顯然是不現(xiàn)實的。
能經(jīng)受極端環(huán)境考驗
考慮到飛船運行環(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)境下正常運作，同時必須經(jīng)受超強輻射環(huán)境和極端溫度的考驗。專家介紹，如果你的探測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：未來，宇宙飛船將用什么供電?
當前，研究人員正在為未來的空間探測任務研發(fā)“斯特林放射性同位素發(fā)電機”(SRG)?；诂F(xiàn)有的放射性同位素熱電發(fā)電機(RTG)，這種SRG新型同位素發(fā)電機的發(fā)電效率遠高于其基于熱電同類，且它的體積可以做到非常小，當然也有代價，那就是其技術的復雜程度也將隨之大大上升。
美國宇航局在規(guī)劃未來前往木衛(wèi)二的探測任務時，也在考慮研發(fā)新型電池類型。這種電池可以適應在零下80攝氏度至零下100攝氏度的極端低溫環(huán)境下正常使用。先進的鋰離子電池技術也正在被不斷改進，以便將其儲能量提升一倍。這些舉措將大大提升電池的能量密度，從而延長宇航員在太空連續(xù)執(zhí)行任務的時間。
太陽能帆板技術也正在同步推進研發(fā)，新型太陽能帆板能夠適應在遠離太陽、光照強度弱、溫度極低的環(huán)境下正常工作。這樣的技術進步意味著未來借助太陽能帆板的探測器或許將能夠在更加遠離太陽的空間區(qū)域執(zhí)行探測任務。
目前人類的技術還無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，根本沒有辦法安裝到飛船上。核反應堆使用核裂變技術，這是目前人類已經(jīng)成熟掌握的發(fā)電手段。采用這種能源方式對于那些采用全電力推進，或是未來計劃在月球及火星表面長期駐留的太空任務會比較適合。如果真是這樣，我們去往火星時，甚至不需要專門攜帶一臺發(fā)電機，因為我們的飛船本身就攜帶了一座核電站!
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