空间站太大,给神舟飞船惹出麻烦:神舟十八五个改进,巧妙解决

我是空天同学 2024-03-25 00:17:58

自从中国空间站一期建设完成以来,好消息就接连不断。但是有好就有坏,我们也会遇到一些小麻烦,有的还不好解决。

空间站全身照

比如说神舟飞船跟空间站对接之后,就有一个比较明显的问题——空间站太大了,某些角度下,会遮挡神舟飞船的太阳能板,导致神舟飞船本身发电量不足、充放电不规律。

别着急,神舟十八号飞船有一项重大改进,将会搞定这个问题。

(大也有大的烦恼,图中神舟飞船位于空间站阴影区,飞船的太阳板光照不足)

目前我国已经有20位航天员飞上太空,当下每一分每一秒,汤洪波都在创造新的记录,截至2024年3月14日,汤洪波已经累计在太空待了232天,成为在太空时间最长的中国人。

4月份神舟十七就要返回地球,汤洪波的记录可能会被别的航天员打破,毕竟太空飞行超过200天的航天员还有两位,一位是景海鹏,一位是陈冬。

(把神舟飞船吊进真空罐里测试)

全新的神舟十八飞船,已经作为备份救援飞船,处于随时待命的状态。

如果陈冬入选神舟十八的指令长,这次又上去待六个月,肯定要打破汤洪波的记录。

中国航天科技2024年的计划蓝皮书已经公开,其中提到一个重要的变化,就是从神舟十八开始,神舟飞船就进入了全新的批量生产阶段。

相比于神舟十七和更早的飞船,神舟十八有多处重要改进,比如有5个方面:

一是推进系统升级。

神舟飞船是三舱结构,前面的轨道舱负责对接和生活起居,中间是返回舱,后面是推进舱,装着4台轨道发动机。神舟十八开始,推进舱采用了更加先进的材料,降低了整体重量,还有更加精确的控制系统。

(神舟一号的推进舱)

二是智能化飞行控制系统。

神舟飞船的“驾驶室”位于返回舱,最早的神舟飞船控制面板都是密密麻麻的仪表,后来改进了,精简了很多仪表,加了几块液晶显示器。未来神舟飞船会加入智能化的飞行控制系统,不仅减轻了重量,显示屏也更大、更精简直观,让航天员操作起来更加方便。

(新一代大屏)

三是热防护系统升级。

神舟飞船的防热大底,是一种可以吸收大量热量的树脂复合材料,这种材料的配方是绝密,是我国几代科研人员花了几十年时间搞出来的。但是随着技术发展,他们又找到了更好的材料配方,具有更好的热防护性能,保证航天员的生命安全。

(返回舱外部是防辐射外壳,银白色)

四是装货能力大幅提升。

从神舟十八开始,新一批次神舟飞船的货物上下行能力提升了近300%。上行就是发射时候带货的重量,之前是300公斤;下行就是跟着返回舱一起带回地球,之前是50公斤。

神舟飞船就像一辆太空汽车,可以坐三个人,还有个后备箱装一些行李。但是火箭发射对重量非常敏感,航天员人数又没变,装货能力翻了两三倍,怎么实现的呢?

(飞船轨道舱的货架)

还记得上面说的几个改进,都提到了一个词:减轻重量。

通过技术升级,结构和设备重量减少了,自然就可以携带更多、更重的货物。

这一点非常重要,因为我国空间站的首要任务就是搞科研试验,很多试验耗材需要补充,试验结果也可能要打包带回地球,那神舟飞船带货能力的增加,就很有必要了。

五是电力系统的改进。

之前的神舟飞船,采用的都是镉镍蓄电池,我们以前手机和汽车都经常用这种电池,现在市面上比较少了。

大家记不记得,这种电池虽然很安全,但是用起来有个问题,就是有个“记忆效应”,如果你长期充电不规律,电池电量损耗就比较快,所以之前讲究快用完电了再充电。后来手机都用锂电池了,就没这个习惯了。

(返回舱内部视角)

不过神舟飞船设计比较早,神舟一号1999年就飞了,虽然每一艘神舟飞船都有几百个大大小小的改进,镉镍电池却一直用到了现在。因为如果没必要,还是不要轻易改变,容易增加不必要的风险。

但是神舟十八为什么又要换成锂电池呢?

因为我们空间站建成以后,发现了一个比预期更严重的问题,我们的空间站太大了,太阳翼有五六十米的宽度,而且可以转动,随时对准太阳,增加发电量;但是很多时候就会挡住神舟飞船的太阳光,神舟飞船的太阳能发电就很不规律了。

比如下面这个镜头,空间站本身是对准太阳的,但神舟十六飞船完全处于阴影区,飞船的太阳能板几乎受不到阳光直射。

(注意神舟飞船已经完全被空间站遮挡了阳光)

(过了一段时间,太阳光角度变了,神舟飞船才能照到一点阳光)

我们空间站有反向充电功能,神舟飞船对接期间是使用空间站的电力,不使用自己发的电。

但是现在神舟飞船在太空动不动就飞五六个月,每天充电都不规律,时间长了,镉镍电池就受不了,电量损耗比较多。飞船脱离空间站,返回地球的路上,电量少了就不踏实,所以就必须要改进了。

(这里也遮挡了一半)

毕竟现在锂电池安全性也足够,重量也更轻了,给神舟十八进一步减重;锂电池也没有明显的记忆效应,所以电量不容易损耗。太空待机六个月,就算充电还是不规律,也能接受了。

但是空间站遮挡神舟飞船阳光的情况,还是不好解决,避免不了的。就像你车子停在车库里,肯定就晒不着太阳了嘛。只是说通过电池的升级,让这个情况不再造成问题了。

如果想从根本上解决,恐怕要开发新的空间站构型,或者哪天不再依赖太阳能发电了才行,比如说使用核电。

飞船本质上是个交通工具,很多经验也都是用了才知道的,所以一直要改进。预祝神舟十七和十八交接顺利,期待我国空间站更大更强。

(美丽的太空家园)

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