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十字架-国际空间站是怎样运作的呢?

幻想一下,你早上醒来,望向窗外,看到宽广的蓝色地平线和漆黑的太空。国际在你脚下翻开。当你每90分钟盘绕地球一周时,山脉、湖泊和海洋就会随时刻在你眼中流过。听起来像是科幻小说里虚拟的东西,但关于国际空间站(ISS)的宇航员来说,这是他们的日常。

图解:太空探究拍照了国际空间站的相片。更多太空探究图片。图片由NASA供给

1984年,美国总统罗纳德里根(Ronald Reagan)提议美国与其他几个国家协作,树立一个由政府和工业部门支撑的永久寓居空间站。美国和其他14个国家——加拿大、日本、巴西和欧洲航天局(英国、法国、德国、比利时、意大利、荷兰、丹麦、挪威、西班牙、瑞士和瑞典)等国家和安排决议完结里根的幻想。苏联崩溃后,美国约请俄罗斯参加国际空间站项目,现在该项目仍处于规划阶段,参加的国家达到了16个。

由美国宇航局带头和谐国际空间站的制作,今日国际空间站作为一个轨迹试验室,用于生命、物理、地球和资料科学的试验。在1998年空间站才开端拼装。国际空间站大约有38个模块,至少需求44次航天飞翔才干将组件送入轨迹。拼装和保护国际空间站需求160次太空行走,总计1920个工时。国际空间站在2011年竣工,寿数为10年。这个项目的本钱估量从350亿美元到1000多亿美元不等。[资料来历:美国宇航局国际空间站参阅攻略和Boyle]

在这篇文章中,咱们将看看国际空间站的各个部分,它是怎么为人类在太空中制作一个生存环境的,它是怎么发电的,在国际空间站上日子和作业是什么姿势的,以及,咱们将怎么运用国际空间站。首要,咱们将从它的部件和设备开端讲起。

部件和设备

图解:日本的国际空间站“期望号”和“亚特兰蒂斯”号航天飞机与空间站对接-图片由NASA供给

制作国际空间站(ISS)就像用孩子的乐高积木或K'nex积木制作玩具相同。国际空间站有100多个部件,全部这些部件都衔接在一起。这些部分能够分为以下几类:

•增压模块——如Zarya、Zveda、Destiny、Columbus和Harmony——为宇航员寓居和作业的日子区、设备室和试验室供给了透气、温暖的环境。

•节点将模块衔接在一起,并答应ISS的结构向外拓宽。

•对接端口答应各种太空飞翔器衔接到国际空间站。

•一个长线性桁架坐落受压模块之上,构成一个梁结构,太阳能电池板和散热器衔接在一起。一个可移动的,主动的,服务手臂,沿着桁架移动来运送货品和试验的包裹。

•外部研讨设备沿着国际空间站外部供给多个设备方位,用于彻底露出于太空环境的试验。

•联盟号(Soyuz)飞船和前进号(Progress)补给飞船等航天器与国际空间站(ISS)对接,运送宇航员和补给物资。

国际空间站的拼装开端于1998年11月,其时俄罗斯质子火箭将榜首个模块——功能性的货舱(Zarya)送入轨迹。2000年10月31日,国际空间站的榜首批三名宇航员从俄罗斯发射升空。宇航员们在国际空间站上待了将近5个月,发动体系并进行试验。从那时起,许多航天器现已将国际空间站的部分部件送入轨迹,拼装作业也连续完结。在此期间(到本文编撰时),国际空间站一向由26名宇航员组成。这些宇航员在外太空累计度过了4423天。探险队26号将在太空中度过5个药明康德月,于2011年5月回来地球,然后第27号探险队动身前往了空间站。

而2011年仍有7次方案的航天飞翔,去完结空间站的制作。俄罗斯和欧洲的火箭将进行三次运送物资的飞翔,两次航天飞机飞翔和一次俄罗斯质子火箭运送大型模块和设备的飞翔,同年4月的航天飞机飞翔将替换机组人员。

完结后,国际空间站将长243英尺(74米),宽361英尺(110米)。它的质量为925,000磅(420公吨),增压容积为33,023立方英尺(935立方米);增压后的体积约为747客机的机舱巨细。它将在217至285英里(362至476公里)的轨迹上运转,相对赤道歪斜51.6度(资料来历:国际空间站现实和数据以及美国宇航局国际空间站参阅攻略)。

这些都是十分惊人的标准,但更令人形象深入的或许是国际空间站怎么坚持一个宜居的环境。

坚持太空中的永久环境

在太空中坚持一个永久的生存环境需求一些咱们必需的东西:新鲜的空气、水、食物、舒适(和适合寓居)的气候——乃至是废物的铲除和防火。首要,让咱们谈谈空气。咱们需求氧气,所以国际空间站有几个供给氧气的体系。一个体系是经过宇宙飞船从地球运送氧气。这些氧气贮存在外部容器中;相同的,这些航天器也运送氮气,这就为国际空间站供给了空气。国际空间站也有一个运用循环水制作氧气的发电机。运用电力,它把水电解成氢和氧。氢气进入太空,氧气进入国际空间站的空气。最终,国际空间站有一个固体燃料氧气发作器,经过焚烧质料将氧气释放到国际空间站的空气中。空气循环体系使空间站舱内的空气循环。循环的空气经过各种过滤器来去除颗粒和微生物。整个空间站都在不断监测和调理空气成分。

在地球上,植物吸收咱们呼出的二氧化碳,这些二氧化碳对咱们是有毒的。而国际空间站是运用各种能吸收二氧化碳并与其他化学物质发作反响的“洗涤器”用化学办法将空气中的二氧化碳去除的。除了二氧化碳,咱们还呼出水蒸气。在国际空间站上,这些剩余的水蒸气凝结成液体并被收回。但这并不是仅有的水源。

就像氧气相同,水被送到国际空间站。现实上,咱们有各式各样的办法向空间站运送补给。俄罗斯有前进号补给船,欧洲航天局有主动运载工具,日本有口碑2号或HTV2火箭。水是航天飞机用来发电的燃料电池的副产品,并且水乃至能够从宇航员的尿液中收回,尿液经过过滤和处理后能够制成饮用水、洗手用水和淋浴用水。水被贮存在空间站的袋子和容器里。食物也由宇宙飞船运送到国际空间站。国际空间站有一个厨房,里边有食物预备区、食物加热器和一张供宇航员吃饭的桌子。

国际空间站上的电子设备发作的热量足以使空间站变暖。现实上,要处理的问题是消除剩余的热量。所以要有各式各样的办法来均匀地分配热量。温度操控体系选用电加热器、保温管和液氨管(热分配器)来十字架-国际空间站是怎样运作的呢?操控内部温度。空间站外部的散热器有助于消除外层空间的热量。

像在地球上日子相同,国际空间站有必要坚持洁净。这在太空中特别重要,因为漂浮的尘埃和碎片或许构成风险。关于一般的大扫除,宇航员运用各种湿巾(湿的、干的、织物和消毒剂)、洗涤剂和湿/干真空吸尘器来清洁外表、过滤器和他们自己。废物被搜集在袋子里,装在补给船上,然后回来地球进行处理。厕所里的固体废物经过紧缩、枯燥和袋装处理后,也会以类似的方法处理。

国际空间站上的消防设备

火是太空中最风险的事物之一。宇航员杰里朗格尔在和平号空间站逗留期间,发作了火灾。干脆和平号空间站的作业人员熄灭了大火。国际空间站有一个火灾勘探/救活子体系,包含烟雾勘探器、警报和警报、救活器和便携式呼吸设备。

国际空间站:动力、推动和通讯

国际空间站根本上是一个大型航天器。因而,它有必要能够在太空中移动,它的机组人员有必要与地上操控人员坚持通讯,它需求电力来完结这些作业。

咱们想当然地以为需求用电操控家里的家具。例如,要运用咖啡壶,你只需一挥而就地把它插到墙上。就像在你家里相同,国际空间站的全部机载体系都需求电力。八个大型太阳能电池阵列供给来自太阳的电力。每个阵列长239英尺(73米),占地24187平方英尺(约2247平方米),或约半英亩。每个阵列上都有两层太阳能电池。每一层都坐落可弹性杆的一侧,可弹性杆能够弹性折叠或是构成阵列。可弹性杆构成一个结构,这样它就能够让太阳能电池面临阳光。俄罗斯的太空舱也有80- 97英尺(24- 30米)的太阳能阵列,供给电力[来历:美国宇航局国际空间站的现实和数据]。

就像地球上的电网相同,这些阵列发作的是大约160伏的直流电力。主电源由一个二次变压器转化,供给一个可调理的124伏直流电流,供空间站的设备运用。船上还装有电源转化器,以满意美国和俄罗斯设备所需的不同电流。主电源也被用来给国际空间站的三个镍氢电池充电,当国际空间站经过地球的暗影时,这些电池就会供给电力。

国际空间站在217至285英里(362至475公里)的高度绕地球运转。在这个高度,地球的大气层十分淡薄,但仍然厚到足以拖曳国际空间站并使其减速。当国际空间站减速时,它会下降高度。除了大气阻力外,太阳耀斑还会使空间站减速,导致其下降高度,因而,国际空间站有必要定时推动,以坚持恰当高度。指挥和服务模块有火箭发动机,能够用来推动国际空间站。不过,前进号补给船将供给大部分的补给。每一次助推都需求两个火箭发动机作业。在作业期间,国际空间站的作业暂停。推动之后,空间站的作业日子将康复正常。

国际空间站有必要能够精确地知道它在太空中的方位,其他物体的方位,以及怎么从太空中的一个点到另一个点,特别是在再推动的进程中。国际空间站一起运十字架-国际空间站是怎样运作的呢?用美国和俄罗斯的全球定位体系(GPS)来确认它的方位和移动速度。为了知道它的方向和姿势,国际空间站有几个陀螺仪。全部这些信息的结合有助于国际空间站在太空中从一个点移动到另一个点。此外,俄罗斯的导航体系运用瞄准恒星、太阳和地球的地平线进行导航。已然你现已知道了国际空间站是怎么在太空中运转的,那让咱们来看看在那里日子和作业是什么姿势吧!

国际空间站的通讯

坐落休斯敦的美国宇航局使命操控中心向新墨西哥州白沙试验场的一个60英尺高的无线电天线发送信号。试验场将这些信号传递给一对坐落地球上空22,300英里轨迹上的盯梢和数据中继卫星。然后卫星将信号传递给美国的国际空间站或航天飞机。在前期阶段,信号是经过俄罗斯航天局的地上站和卫星通讯体系发送的。

国际空间站的日子

图解:宇航员桑德拉马格努斯在国际空间站的命运试验室里与自在漂浮的积载容器合影。图片由NASA供给

在太空日子和作业是什么感觉呢?为了答复这些问题,空间站第18常驻调查组的飞翔工程师桑德拉马格努斯写了一系列关于她在国际空间站的日记。她提到了一件重要的作业:宇航员的一天是由地上上的许多人提早(实际上是几年)方案好的。“咱们船上有一个日程安排,里边有咱们需求知道的全部细节,来完结一天的作业。它告知咱们什么时候该睡觉,什么时候该起床,什么时候该训练,什么时候吃饭,什么时候以及咱们需求什么信息来完结咱们的使命。”尽管这听起来十分严厉,但马格努斯指出,这也有必定的灵活性,不是每个使命都有必要在时刻表规则确实切时刻内完结。

微重力是一个具有挑战性的环境。不管你是在睡觉、换衣服仍是作业,除非你把它固定好,不然你周围的的全部都会漂浮起来。即使是像早上起床穿衣服这样看似简略的作业也不是那么简略。幻想一下,翻开你的衣橱,里边的东西都飞了出来。马格努斯说,“当我在早上做预备时,脱下我的睡衣,它们就会漂浮在船员舱里,直到我把它们搜集起来,立即用带子之类的东西把它们固定住。“在空间站很简略丢东西”[来历:NASA, 马格努斯的日记]。

每个宇航员醒来后都有一段时刻来为新的一天做预备。在这段时刻,宇航员能够洗澡,吃饭,训练和预备作业。训练是十分重要的;在微重力下,骨骼会失掉钙,肌肉会失掉质量。因而,宇航员有必要在规则的时刻内训练。马格努斯喜爱早上榜首件事便是训练,每天在固定自行车和跑步机之间替换。接下来,有一个上午的会议,他们与机组成员和地上操控人员评论当天每个人的责任。会议完毕后,他们开端作业。

宇航员的作业首要是进行试验或保护。和大多数上班族相同,他们也会停下来吃午饭,但他们的午休时刻略有不同。国际空间站上的食物首要是冷冻的、脱水的或热安稳的,饮料也是脱水的。宇航员搜集食物托盘和餐具,从储物箱中找到他们各自包装好的食物,预备好食物(假如必要的话再补水),加热食物,把它们放在托盘里然后吃。饭后,他们把用过的东西放在一个废物压实机里,清洗并装上餐具和托盘。

午饭后,方案好的作业持续进行,在一天的作业完毕后,还会有一个晚上的会议,然后是两个小时的睡前时刻,这段时刻,宇航员吃晚饭,完结任何未完结的使命和放松。马格努斯说,“在这两小时的时刻里有许多挑选,还有像检查电子邮件、听电话、看新闻、相片和等等其他活动。周五是电影之夜,有时周六也是。”

空间站上的作业

图解:左面的蜡烛火焰处于正常重力状况,右边的蜡烛火焰处于微重力状况。图片由NASA供给

来自政府、工业和教育组织的研讨人员能够运用国际空间站上的设备。但他们为什么要这么做呢?国际空间站首要用于微重力环境下的科学研讨。十字架-国际空间站是怎样运作的呢?引力影响地球上的许多物理进程。例如,重力改变了原子聚集成晶体的方法。在微重力下,能够构成近乎完美的晶体。这种晶体能够发作更好的半导体,用于更快的计算机或更有用的药物来对立疾病。

重力的另一个作用是在火焰中构成对流,导致火焰不安稳。这使得焚烧的研讨十分困难。可是,在微重力环境下,火焰会变的简略、安稳、焚烧缓慢。这种环境下的火焰使研讨焚烧进程变得简略。由此能够更好地了解焚烧进程,并能研讨出更好的焚烧设备或前进焚烧功率来削减空气污染。

长时刻处于失重状况会导致咱们的身体从骨骼、肌肉安排和体液中丢失钙。这些失重的影响与变老的影响类似(肌肉力气下降,骨质疏松)。因而,露出在微重力下或许会让咱们对变老进程有新的知道。假如咱们能拟定出避免在微重力环境下退化的对策,或许咱们就能防备变老。国际空间站长时刻露出在微重力环境中,这是其他航天器无法模仿的环境。

国际空间站使咱们能够测验与地球类似的构成生命的生态体系。咱们能够在太空中很多栽培植物来制作氧气、吸收二氧化碳和供给食物。这一技能关于长时刻的星际游览,如火星或木星之旅,将是十分重要的。

在盘绕地球大气层的轨迹上,国际空间站的作业人员配备了特别的仪器和望远镜,能够调查和丈量地球外表(植被数量、温度、水)和地球大气层(二氧化碳含量、雷击、飓风开展)。宇航员还能够用望远镜调查太阳、恒星和星系,而不受地球大气层的影响。

有关详细项目和试验的详细信息,您能够检查ISS设备和试验网站。现在让咱们来看看国际空间站的未来吧。

国际空间站的未来

国际空间站于2011年建成。该空间站估计将在那之后的10年内持续运转。宇航员们将在这段时十字架-国际空间站是怎样运作的呢?刻内轮换。可是,咱们并不清楚这该怎么发作和开展。美国航天飞机执役30年后,于2012年退役。因为最初的奥巴马政府取消了“猎户座CEV”方案,美国宇航局重返月球的方案被放置。尽管猎户座CEV飞船自身还在研制中,战神号运载火箭却被取消了。因而,美国载人航天方案的未来并不清晰。

美国宇航局持续开发新的火箭技能来替代航天飞机。但详细什么时候能预备好还不清楚。一旦航天飞机退役,美国将有一段时刻无法将宇航员送入太空。因而,前往国际空间站的载人使命将不得不由俄罗斯联盟号飞船进行,并运用前进号补给船补给。国际空间站并非一点问题都没有。像国际空间站这么大、这么杂乱的机器,设备都会出毛病,需求修理。可是,考虑到估计的花费(超越1000亿美元),许多人提出了这样一个问题:“国际空间站物有所值吗?”批判围绕着以下这些根本观念:

•获得的科学信息是否物有所值?

•国际空间站在未来的太空探究中简直没有什么用处。批判人士说,航天飞机的存在是为了到一些当地去,是为了服务国际空间站。国际空间站不是一个发射到月球、火星或其它行星的渠道,没有新的火箭技能在上面被开发,它也不适合任何长时刻的太空探究方案。

•国际空间站的预算将资金从十分成功的无人太空勘探器和太空望远镜上搬运,这些十字架-国际空间站是怎样运作的呢?太空勘探器和太空望远镜能发作有价值的科学信息。

•国际空间站的预算将资金从其他载人航天项目上搬运,比方登月或火星使命。

只要时刻才干告知咱们国际空间站的利害。可是它仍然是太空制作的奇观,也是最长的载人航天使命。

国际空间站的工程研讨与开发

国际空间站的大部分工程研讨和开发将用于研讨太空环境对资料的影响,并开发用于太空探究的新技能,包含在太空中制作物体的新工程技能,新的卫星和航天器通讯体系,以及未来航天器的先进生命支撑体系。

太空环境有共同的风险(微流星体、宇宙射线、原子氧),它们会影响航天器中运用的资料。资料能够放在国际空间站的开放式渠道上,长时刻露出在太空环境中来剖析资料。得到的信息将有助于规划更好的资料,使卫星在太空环境中寿数更长。

参阅资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. howstuffworks- Ldzz-CRAIG FREUDENRICH, PH.D.

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