航天器深空生存所需的五大技術

NASA的」獵戶座」飛船在探測任務1(Exploration Mission-1)期間經過月球40,000英里，這是它首次搭載太空發射系統火箭飛行。

導語

當一個載人航天器探索深空時，它需要一系列的舉措來保證航天器和裡面機組人員的安全。航行距離和持續時間上都要求航天器必須有一套在很遠的地方都能夠可靠運行的系統，該系統能夠在緊急情況下保證宇航員的生命安全，而且還必須足夠輕使得火箭可以發射它。

當NASA的」獵戶座」飛船搭載世界上最強大的火箭——NASA的太空發射系統離開地球時，月球附近的任務將開始執行。「獵戶座」從NASA位於佛羅里達州的肯尼迪航天中心發射升空後，將在月球之外飛行，離地面的距離是國際空間站在近地軌道上距離的1000倍以上，比迄今為止的任何載人航天器都要遠。為了完成這項壯舉，」獵戶座」擁有可以讓機組人員和航天器深入到太陽系深處進行探索的內置技術。

01

生存和呼吸系統

當人類在距離地球更遠的地方執行更長時間的任務時，生存系統必須是高度可靠的，同時具有最小的質量和體積。」獵戶座」將裝備根據深空任務需要而設計的先進的環境控制和生命保障系統。一個已經在空間站上測試過的高科技系統能夠將「獵戶座」內的二氧化碳和濕氣排除。排除二氧化碳和濕氣對於確保機組人員呼吸空氣的安全至關重要。控制航天器硬體上的水汽凝結以防止水侵入敏感設備或腐蝕主壓結構。

該系統還可以節省航天器內部的體積。如果沒有這個技術，「獵戶座」就不得不攜帶很多化學容器，這將會佔據航天器內127個籃球大小的空間 (或32立方英尺)—約佔航天員可活動區域的10%。「獵戶座」還將有一個新型小巧的廁所，比空間站上的更小。長時間遠離地球的任務要求使得工程師必須要設計緊湊的系統，這不僅可以最大程度地增加可利用的空間以提高宇航員的舒適度，而且還可以提供在持續幾日或數周的任務中攜帶的消耗品所需要的容納空間，例如足夠的水和食物。

當遠離地球的宇航員沒有受益於來自地球頻繁的物資再補給所帶來的備用配件時(就像地球運送到太空站的配件一樣)，高度可靠的系統就至關重要了。即使是小系統都必須可靠地運行以維持在太空中的生存，從可使用的廁所到自動滅火系統，再到可以幫助宇航員保持身材的運動裝備以防止太空中失重環境下可能造成的肌肉或者骨骼萎縮。遙遠的距離還需要「獵戶座」有特製的宇航服，可以在太空艙失壓的情況下維持宇航員存活6天，以支持漫長的返回行程。

02

合適的推力

航天器探索太空的距離越遠，它的推進系統維持航天器的行程精度和確保宇航員可以順利返回的能力越強。

「獵戶座」有一個功能強大的推進艙，用來作為航天器的動力室，它提供了一個強大的推進能力，可以讓「獵戶座」環繞月球和重新回到探索任務上來。推進艙有33個不同大小的引擎。主引擎將在整個任務過程中提供主要的空間操縱能力，包括讓「獵戶座」進入繞月軌道和提供足夠強大的推力以脫離月球軌道返回地球。其他32台引擎用於在軌道上操縱和控制「獵戶座」。

「獵戶座」的推進艙可以在惡劣環境下執行遠距離和長時間的任務，同時可以有能力在各種緊急情況下將宇航員送回地球，這種能力一部分得益於它的推進能力，包括能夠儲存將近2000加侖推進劑的油箱和在發生故障時的備用主引擎。

03

隔熱能力

進入月球不是一項簡單的事，上述只是整個歷程的一半。航天器在太空中航行的距離越遠，當它返回地球時它產生的熱量就會越多。保證航天器安全返回需要很多技術，這些技術可以讓航天器承受30個馬赫的速度和兩倍火山熔漿溫度的高溫或者太陽溫度的一半。

當「獵戶座」從月球返回時，它將以大約每小時25000英里的速度航行，這個速度可以在六分鐘內從洛杉磯飛到紐約。它先進的防熱罩是由一種叫做AVCOAT的材料製作而成的，它會隨著溫度的升高而燒蝕掉。「獵戶座」的防熱罩是迄今為止建造的最大的防熱罩，將會幫助航天器在再入大氣層過程中承受大約5000華氏度的高溫。

在再入段之前，「獵戶座」還會承受從-150°F到550°F高達700度的溫差，「獵戶座」強大的熱防護系統，配合溫度控制器，將在陽光直射和一片漆黑的時候保護「獵戶座」，同時它上面的宇航員將會舒適地享受著大約77華氏度(25℃)安全穩定的室內溫度。

04

輻射防護

當航天器執行的任務超出了地球磁場的保護範圍時，它將暴露在一個比近地軌道更惡劣的輻射環境中，受到更多的來自帶電粒子和太陽風暴的輻射，對關鍵計算機設備、電子設備和其他設備造成干擾。受到大量輻射的人可能會遇到急性和慢性的健康問題，從短期的輻射病到長期可能發展為癌症。

「獵戶座」從一開始就被設計成具有內置系統級功能，以確保航天器的基本元件在可能有輻射的情況下的可靠性。例如，「獵戶座」配備有四台完全相同的計算機，它們每一台都能進行自我檢測，加上一台完全不同的備份計算機以確保「獵戶座」在出現故障的情況下仍然能夠發出命令。工程師們已經對零部件和系統進行了高標準的測試以確保所有關鍵系統即使在極端情況下也能正常工作。

「獵戶座」在乘員艙的主甲板下還有一個臨時的風暴避難所。在太陽輻射事件發生的情況下，NASA已經為航天器上的宇航員制定了計劃，利用航天器上的材料建造一個臨時的避難所。各種輻射感測器也將在航天器上幫助科學家們更好地了解遠離地球的輻射環境。一項名為「AstroRad」的研究將會在 探測任務1(Exploration Mission-1)上進行，並測試一種實驗背心，它有可能有助於保護重要器官和減少暴露在太陽粒子事件情況的發生。

05

持續通信和導航

航天器探索的距離超出了GPS和近地軌道上通信衛星定位範圍。為了與在休斯敦的航天地面指揮中心進行對話，「獵戶座」的通信和導航系統將從被用在國際空間站上的NASA的跟蹤和數據中繼衛星(TDRS)系統上進行切換，並通過深空網路進行通信。

「獵戶座」還配備有備用通信和導航系統，以幫助航天器在主要系統失靈時與地面保持聯繫和自身定位。備用導航系統是一種名為光學導航的相對較新的技術，它使用相機來拍攝地球、月亮和恆星的照片，並自動從照片中對「獵戶座」進行三角定位。它的備用應急通信系統不使用主系統或者天線進行高速數據傳輸。

Credits:NASA

編輯：周程林

商業航天，未來已來

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