天和号是我国新空间站的核心舱,据说是最大航天器,有多大?
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天和号核心舱确实是中国最大的载人航天器,甚至也是中国目前最重的航天器。天和号核心舱分为资源舱和节点舱,上面有3个对接口和2个停泊口,可以对接飞船或者是让航天员出舱作业。在体量上,天和号全长16.6米,最大直径4.2米,重约22吨,空间约50立方米。
相较于国内:
天宫2号空间实验室全长为10.4米,受限于火箭的直接它最大直径是3.35米,太阳翼展宽约18.4米,重8.6吨。可以看出天和号核心舱的体量是全面超越天宫2号的。
相较于国外:
国际空间站的核心舱是俄罗斯的“曙光号”飞船,其实这飞船与苏联“和平号”空间站的核心舱是大同小异的。“曙光号”飞船重达19吨,全长为12.5米,最大直径为4.11米。可以看出,我国的天和号核心舱是世界一流的存在。并且因为我们的天和号核心舱是21世纪的产物,拥有后发优势在性能上是优于俄罗斯的“曙光号”飞船的。
不过天和号飞船还算不上是最大的载人航天器。
最大的载人航天器就是航天飞机,在这拿美国的航天飞机参数说吧。航天飞机全长为37.24米,高度为17.27米,翼展29.79米,重达80吨左右。航天飞机大到什么程度?它可以把长18.3米,直径4.6米,重达24吨物品装在它的机舱里送入太空,可载19.5吨物资从太空返回地面。这完全可以把我们的天和号核心舱给送入太空了。
在这上两张直观的图
中国的空间站,每天绕飞地球多少圈?
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目前我国的空间站已经官宣,每天绕地球19圈,大约96分钟绕一圈,每秒的速度为7.8公里左右,也就是2.8~2.9万千米/小时,速度还是非常快的。
很多人并不清楚,为什么空间站要飞得这么快,这是因为大多数的空间站都在距离地球400公里左右的高空,这个高度还是有一些稀薄的空气,有空气就有摩擦,如果不保持一定的速度,是会被地球的引力捕捉,坠毁在大气层里的。
其实空间站都要以这个速度在轨飞行,因为这个速度是第一宇宙速度,达不到这个速度会被地球“吸”回来,而超过这个速度,就会进入外太空。
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第一宇宙速度是7.9公里/秒,但是这个速度是在大气层中飞行的速度,可是航天器不可能长时间在大气层中飞行,因为大气层中的空气比较稠密,长时间飞行会被摩擦燃烧,因此必须在距离地面超过150千米以上的距离环绕飞行。
距离比较远的时候,引力比较小,速度小于v1,因此大多数空间站围绕地球飞行的速度都是7.8千米/秒。
霍尔推力器又被认为是电推动器,不同于常见的火箭发动机,它不用燃料运行推动,而是用氙作为推进剂,通过电的作用产生推力,从而达到推动的作用。
霍尔推动器推力很大,它可以维持航天器在轨运行时的速度,像2009年欧航局发射的GOCE卫星探测器,地轨250公里的高度飞行了两年,只消耗了40公斤的氙,如果用普通燃料的话,肯定需要很大的量。
目前我国霍尔推力器已经是世界最尖端的了,对比世界先进的20千瓦推力器,功率都要大一些,未来我国还会制造100千瓦的霍尔推力器,让我国的航天事业走向更高的巅峰。
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中国空间站的轨道高度为什么要定在400公里?
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定在距离地面400公里高度,是有重大原因的!
空间站之所以都是在400公里高度左右,是综合考虑的结果,要考虑到发射成本以及方便沟通等等环节,因此400公里是目前空间站所处的最佳位置。
我们的地球是由大气层所包围的,这是一层因为地球引力而依附的混合气体,包围着地球,它整体厚度在1000千米左右,越往上越稀薄,根据大气层的表现情况不同,我们又将大气层分为对流层,平流层,臭氧层,中间层,热层和散逸层。散逸层在向上,也就是我们俗称的外太空。
热层呢,也叫做暖层,又叫做增温层,它位于中间层和散热层之间,厚度有大约400千米,我们的空间站就处在这个热层里。
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距离地球80千米以上,480千米以下的大气层,我们称之为热层,这个空间之中因为接受太阳的短波辐射,拥有很多游弋的电离子,电离层也就是在这个环境之中。
热层中因为有丰富的电离子,空气中富含非常多的电子能量,这个能量是一个反射无线电波的,因此在这个环境当中,无线电传输的速度和功率都很大,人们可以在这个环境当中做远距离传输。利用这个特性,我国空间站已经实现了WiFi全覆盖,休息的时候宇航员们甚至可以打打游戏,玩玩吃鸡。
此外,热层之所以叫做热层,是因为它的温度很高,太阳活动强的时候温度最高可以达到2000k(1726.85 摄氏度),温度高有利于航天器元器件的运行,温度太低是非常容易破坏元器件的。
发射火箭的成本是非常高的,日本的H-2A型火箭,每次发射是需要花费10.3~11.7亿元的,美国的德尔塔-4型火箭,发射一次的成本在9.64亿元。俄罗斯的质子号火箭,发射一次的成本在6.2亿元。
运载火箭的发射成本包括推进剂成本,发射场地成本,各种人力成本测试成本等等,其中推进剂的成本是大头。运载火箭是以燃烧产生的热气流推进,利用反向力前进,推进剂的构成是燃烧剂和氧化剂结合的,在没有氧气的太空中依然能够前进,成本不低。
400公里的高度,携带的推进剂并不是很多,发射成本会低很多,同样重的推进剂会携带更多的货物,有利于空间站的运行。
我国对于太空的建设,起步比较晚,如何降低成本做更多的实验,是现如今我们需要考虑的问题,也是全世界都在考虑的问题。
很多人在这里不免又有一些疑问,为了节省推进剂,轨道的高度为什么不低一些呢。
这里就要说到地球的引力,航天器无时无刻受到引力的吸附,为了保持在天上的高度,空间站需要很快的速度来运摆脱引力,但保持速度需要燃料,这个消耗也是非常庞大的。轨道高度低,摩擦力大,消耗的燃料会更多,因此400公里的高度是综合考虑以后的结果。
这里就不得不提一下我国空间站携带的霍尔推进器了,它是利用电产生离子电流,形成电场,利用电磁场的力量,让电离子高速喷出,产生推力。曾经的霍尔推进器产生的推力比较小,如今经过我国科研人员的攻关,已经可以产生1牛的推力了,不要小看一牛推力,虽然只有9.8公斤,但是在真空坏境里足以把航天器推到火星上。
范艾伦辐射带是美国物理学家詹姆斯·范艾伦在1958年发现的,他认为在地球大气层中包围着很多高能粒子辐射,呈带状分布,这些粒子是由地球引力捕获的,对航天器和卫星有很大的危险性,因此全世界都有一个共同的认知,就是航天器一定要规避这些高能粒子,在他们的缝隙中活动。
一般认为,范艾伦辐射带分为内外两段,内带在1500到5000千米,外带在13000到20000千米,我们的航天器在夹缝中活动就好。
实际上,国际空间站和咱们的中国空间站,运行轨道也并不是一成不变的,环绕地球有很多太空X,我们的空间站随时都要做好变轨的准备,中国空间站核心舱一共配置了30台发动机,其中有22台小型的发动机是用来控制在太空中航天器姿态的,还有4台大功率霍尔推进机,用来给空间站增加运行速度,防止被地球引力捕捉的,还有4台大推力发动机是用来变轨的。
总之,空间站在400千米高空的轨道上运行,是有一定依据的,是结合了经济,安全,沟通等等于一体才做错的最佳决定,当然了,历史上也有不在这一高度运行的空间站,苏联礼炮系列空间站运行高度就在200千米左右,苏联的和平号空间站在300多千米的轨道运行15年。
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