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国际空间站是如何工作的

时间:2020-09-08 11:39:35 浏览量:
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想象一下你早上醒来,从你的窗户向外看,看到地球的广阔蓝色地平线和太空的黑暗,我们的世界在你的脚下延伸。当你每90分钟绕地球一圈时,山脉、湖泊和海洋就会以一种快速变化的美丽景色流过。这听起来像是科幻小说里不真实的东西,但是对国际空间站的工作人员来说,这是一个现实。

1984年,美国总统罗纳德·里根提议由美国与其他几个国家合作,建立一个由政府和工业界支持的永久居住空间站。四年后,美国、加拿大、日本和欧洲航天局联手,使这个空间站成为现实。

国际空间站是如何工作的国际空间站是如何工作的

20世纪90年代,参与国家的名单增加,俄罗斯和巴西加入该项目,但是巴西最终在2007年切断了与国际空间站的联系。美国宇航局带头协调了国际空间站的建设,如今国际空间站已成为生命、物理、地球和材料科学实验的轨道实验室。

它在轨道上的组装始于1998年,自2000年以来一直住着宇航员。国际空间站包含大量相互连接的气闸室、对接端口和加压模块。截至2019年11月,空间站总共进行了222次太空行走。

国际空间站的部件和装配

建造国际空间站(ISS)就像用孩子的乐高积木制作玩具一样。但是这些玩具的数目往往很少,而ISS包含了成千上万个零部件。以下列出了一些主要组件。

像Zarya、Zvezda、Destiny、Columbus和Harmony这样的加压舱为宇航员居住和工作的宿舍、设备室和实验室提供了透气、温暖的环境。节点是将较大的模块连接在一起的小模块,允许宇航员穿越空间站并移动设备。各种各样的空间飞行器将自己与国际空间站对接。整体桁架结构是一种长的线性梁框架,位于受压模块上方。这是太阳能电池板和散热器的固定点,它们有助于控制空间站的温度。移动基座系统是沿桁架结构轨道运行的移动工作平台。在飞船上,有一组机械臂可以运输货物和实验包。外部研究和有效载荷设备在国际空间站外部提供了多个安装位置,用于在该设施内无法进行的实验。联盟号宇宙飞船和进步号补给飞船等宇宙飞船与国际空间站对接,运送宇航员和补给物资往返地球。国际空间站的组装工作始于1998年11月,当时一枚俄罗斯质子火箭将第一个模块——功能性货舱(Zarya)送入轨道。2000年10月31日,国际空间站的第一批三名成员从俄罗斯发射升空。宇航员在国际空间站上度过了4个月17天,启动了系统并进行了实验。从那时起,许多航天器已经将国际空间站的部分部件送入轨道,组装工作也取得了进展。在这段时间里,国际空间站一直在不断有人值守。

国际空间站相当大,前面提到的桁架长108.8米),几乎和一个美国足球场一样长。国际空间站还包括多套宽的矩形太阳能电池板,翼展273米。就重量而言,这个空间站的重量达到了419725公斤。它有388立方米的可居住空间,每有一艘船停靠在这里,这个数字就会增加。

国际空间站在离地球表面400公里的平均高度上,以每小时27724公里的惊人速度运行。这些都是相当令人印象深刻的规格,但也许更令人印象深刻的是国际空间站如何维持一个宜居的环境。

维持一个永久性的空间环境

要想在太空中维持一个永久的环境,需要许多东西:新鲜的空气、水、食物、舒适和可居住的气候,甚至是垃圾清除和防火。

首先,让我们谈谈空气。我们都需要氧气,所以国际空间站有几种提供氧气的方法。一种技术是通过宇宙飞船从地球运送氧气,定期给航天飞机提供新鲜的氧气。国际空间站也有利用循环水制造可呼吸氧气的系统。其中一些装置通过电解将水分解成氢气和氧气。

宇航员会呼出二氧化碳,在地球上,这通常不是问题,因为植物吸收二氧化碳。然而,国际空间站的园艺空间有限,这迫使工程师们设计出其他方法来清除多余的二氧化碳。电解过程开始后,一些氢与积聚的二氧化碳发生反应。这种相互作用的副产品是甲烷气体,它被排放到太空。与此同时,回收的氧气进入国际空间站的空气供应。

在此过程中,饮用水会被循环利用,因为其中一些机制会重新包装呼出的空气。水也可以通过收集汗液、冷凝物和尿液来回收。此外,一些机组成员从重复使用厕所和淋浴用水中获得水。

据欧洲航天局称,国际空间站上多达80%的水是循环利用的。现在,欧洲航天局和美国宇航局正在修补闭环生命支持系统,如果完善的话,可能会完全消除向国际空间站运送水和氧气的需要。破解这项技术可能成为未来远程太空旅行的关键。

除了一些在船上种植的可食用植物外,宇航员的大部分食物供应依赖于日常运送。很多菜单上的东西都是特别设计的,用尼龙搭扣粘在餐桌表面,以免它们在低重力环境中漂浮。

保持适宜居住的温度是另一个大问题。国际空间站必须在地球黑暗和阳光充足的一面分别承受-128摄氏度和93摄氏度的温度。国际空间站使用加热器、绝缘装置和液态氨循环回路来调节内部温度。散热器帮助释放空间站上一些机器产生的多余热量。

像任何家庭一样,国际空间站必须保持清洁。这在太空中尤其重要,因为漂浮的灰尘和碎片可能会造成危险。宇航员使用各种各样的抹布、清洁剂和真空吸尘器来清洁表面、过滤器和他们自己。垃圾被装进袋子里,装进一艘补给船上,然后运回地球或焚毁。

动力、推进和通讯

国际空间站基本上是一个大型航天器。因此,它必须能够在太空中移动,它的机组人员必须与地面的控制人员保持通信,它需要电力来完成这一切。

国际空间站的所有机载系统都需要电力。八个大型太阳能电池阵列提供来自太阳的电力。每个阵列有73米长,累积起来,它们覆盖了大约2500平方米的面积。每个阵列上有两层太阳能电池。每层都位于伸缩桅杆的一侧,伸缩桅杆可以伸缩形成阵列。桅杆打开一个万向节,这样它就可以使太阳能电池面对阳光。

就像地球上的电网一样,这些阵列产生大约84到120千瓦的电力,足以维持40多个家庭的照明。美国宇航局报告说,虽然国际空间站吸收阳光,但在这一过程中产生的电力约60%用于给空间站上的电池充电。最初,国际空间站装有镍氢电池。但在服役18年后,在2017年,这些电池被换成了24种锂离子电池。除了更便宜之外,这些升级后的电池体积更小,效率更高。

在空间站的轨道高度上,地球的大气层非常稀薄,但仍然厚到足以拖住国际空间站并使其减速。因此,国际空间站必须每隔一段时间就进行一次推进,以免它偏离轨道,并因减速而失去高度。

俄罗斯的Zvezda服务舱拥有可以用来推动国际空间站的引擎。然而,进步补给船做了大部分的再补给。每次再推进事件都需要火箭发动机燃烧。同样的技术也可以用来引导飞船远离漂浮的太空碎片。此外,有时还需要调整空间站的方向,以便与补给船连接起来。

国际空间站的宇航员不仅需要知道他们的确切位置,还需要确定其他物体的位置,并弄清楚如何从A点到达B点,尤其是在重新起飞的时候。为了辨别它的速度和位置,国际空间站使用俄罗斯和美国的全球定位系统。此外,还有多个陀螺仪,帮助空间站保持其所需的方向。此外,国际空间站监测各种恒星、卫星和地面站的位置并以此导航。

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编辑:时雨
关键词: 国际空间站
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