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3上一篇  下一篇4 2014年12月24日 放大 缩小 默认        

“猎户座”飞船上的高科技

回收“猎户座”飞船
“猎户座”正缓缓降落到海面
 

12月5日,美国国家航空航天局(NASA)的“猎户座”飞船试航成功。目前,飞船已顺利回收,NASA将全面分析其带回的数据,为下一步载人飞行计划做准备。

NASA为打造“猎户座”飞船前后已经花费90亿美元,下一步计划中,“猎户座”将于2015年正式服役,至2021年前后会把4至6名宇航员送入太空,执行飞往月球、登陆小行星任务,于2030年前后执行载人到火星的探测任务。NASA表示,这是他们自1972年12月“阿波罗17号”进行最后一次载人登月后的首个外层空间载人探索计划。

看了电影《星际穿越》后,很多人可能都明白,人类因为地球环境日益恶化,正不得不考虑移居外太空。“猎户座”飞船的试航成功只是此漫漫长途中迈出的一小步。从目前已透露的信息来看,单就飞船本身来讲,携带的各种装备都不容小觑,比如以下几方面——

有史以来最大的运载火箭

将飞船送上太空的是一枚有史以来最大的运载火箭。其推力比当年用来登月的“土星5号”还要大130吨。设计如此大的推力是非常有必要的。因为以后“猎户座”要带往遥远外太空的所有物件,不仅是它的飞行舱和宇航员,应该还会有一个宇航员的生活舱和一台能够在行星体表面行进的登陆车。

火箭上的“太空发射系统”沿用了前不久退役的“亚特兰蒂斯”号航天飞机上的许多技术,包括主发动机。不过,“亚特兰蒂斯”号航天飞机的机尾仅安装了三个这样的发动机,“猎户座”则在核心部位采用了五个发动机的设计。

此外,火箭的顶端还额外安装了助推器,这些助推器也要比一般航天飞机上所使用的大。

可折叠的金属构架座椅

“猎户座”被制造者称为“最安全的飞船”。不仅因为飞船的生命保障系统能保护宇航员免受长距离太空旅行带来的副作用之苦,例如视力模糊、肌肉乏力和骨骼脆弱等,飞船还配有“发射中止系统”,能帮助宇航员在紧急情况下迅速逃离飞船。不过飞船内的生活空间仅约为8.9立方米,相当于两个迷你房车的大小。

考虑到乘客的安全性,除了在飞船外部装有11个降落伞,可以保障平稳着陆,其内部的座位设计也采用了可折叠式的金属构架,每个座椅均以牢固的带子连接——这种设计可以保证飞船太空舱着陆后即使出现侧翻的情况,宇航员仍然是安全的。

抗辐射保护装置

“猎户座”要到达距地球5790公里的地方,就要穿过一个危险的范艾伦辐射带,这里的辐射甚至能伤害导航系统以及携带的电脑和其他电子设备。它返回地球时也要经过此处。所以由霍尼韦尔公司研发的计算机使用了基于绝缘硅(SOI)处理的PowerPC750处理器。SOI材料就是一种抗辐射材料。虽然该处理器是一款12年前的产品,但工程师们解释说:“我们要的是稳定和耐用性,而非速度。而且这么做也能节省很大一笔成本。”

制造者洛克希德马丁公司为飞船提供了三台这样的计算机。就算由于辐射或高温导致正在工作的前两台计算机出现故障,宇航员仍可以重启第三台计算机来获取备份信息或返航。

超过1200个传感器

“猎户座”整个火箭加上飞船,再算上其顶部的逃逸塔,整体高度达到242英尺(约73米),重160万磅(约合725吨)。飞船高约11英尺(3.35米),直径16.5英尺(5米)。其整体设计融入了电脑、电子、维生系统、推进系统及热防护系统等领域的诸多最新技术。单是飞船上的传感器就密密麻麻地安装了超过1200个。它们主要用于测量所有方面的不同参数,包括从热状况到震动,再到辐射环境,等等。

新型复合材料应用于防热罩

“猎户座”飞船由美国航空航天公司洛克希德马丁制造。洛克希德马丁市场和销售副总裁Steve Mead说:“本次试飞代表着五年来各方面科技开发的一个高潮,以及在这项极端应用中人类为选择合适材料所做出的努力。”

位于美国加利福尼亚摩根山的TenCate Advanced Composites北美公司开发出的一种耐热复合材料,被应用于飞船直径达16.5英尺的防热罩和背壳结构的制造。TenCate方面仍未公布这种抗热复合材料的具体成分,不过他们提到这种材料用到了多种聚合物,包括环氧树脂、氰酸酯、双马来酰亚胺和耐高温聚酰胺。

在制造这个厚度为1.6英寸的大型防护罩时,他们仅仅通过低压真空袋成型工艺,就实现了零部件的高度结合。这种工艺的应用其实已相当广泛,其制品在压力下密实、固化,产生的复合材料表面光滑,拉伸强度、力学性能等方面亦表现极佳。飞船防热罩的厚度因此减少了近20%。

事实上,“猎户座”飞船升空后,要在大约5790公里的高度、高出国际空间站近15倍距离的轨道上绕地球飞行两圈,耗时大约4.5小时后,又以每小时32000公里的速度返回大气层,最终坠入墨西哥海岸的太平洋海域。飞船重返地球时的空中温度已达到2200℃——现在看来,这个新科技防热罩承受住了考验。

(可莉)

 
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