第二百四十章 调研报告

    尽管蓝星上面，拥有运载火箭技术的国家不在少数，但是技术相对完善，而且安全程度高的，就米粒家、毛熊和东唐。

    而载人航天技术的难度，比运载火箭更上一层楼。

    宇宙飞船虽然是最简单的一种载人航天器，但它还是比无人航天器（例如卫星等）复杂得多。

    宇宙飞船与返回式卫星有相似之处，但要载人，必须增加许多特设系统，以满足航天员在太空工作和生活的多种需要。

    例如，用于空气更新、废水处理和再生、通风、温度和温度控制等的环境控制和生命保障系统、报话通信系统、仪表和照明系统、宇航服、载人机动装置和逃逸系统等。

    除此之外，宇宙飞船都有基本的结构系统、通信系统、电源系统、温控系统、遥测系统、姿态控制系统、变轨系统和推进剂等。

    通常宇宙飞船由二、三个舱段组成，如乘员舱、服务舱、轨道舱等。

    乘员舱是航天员在飞行过程中生活和工作的地方，除结构外，它包含了全部环境控制与生命保障系统。

    服务舱用于装载各种消耗器、安装姿态和轨道控制系统发动机。

    轨道舱主要用于装载各类仪器。

    “我看过你们的投射器设计模型，可以容纳一个边长3米，高度12米的正六边柱体宇宙飞船，这个大小是否是固定的?”一个航天局的宇宙飞船设计专家先开口。

    马院士回道：“原型机是固定的，但是我们已经改进了设计方案，考虑到真空管道的加成，未来的投射器导轨是活动式的，计划有三个规格，分别是边长3米高12、边长4米高16米、边长5米高20米。”

    飞船专家默算一下，三个规格分别拥有约280立方米、498立方米、779立方米的空间。

    而280立方米级别拥有34吨的质量，这个质量显然并没有完全利用到全部空间。

    以初始型号的神舟载人飞船为例子，前面的几个型号的参数都差不多，全长8.86米，最大处直径2.8米，总重量达到7790公斤。

    也就是初始型号的神舟飞船体积大概是40立方米左右，平均每立方米约200公斤。

    而体积280立方米的投射飞船，按照神舟飞船的体积重量比来计算，将达到56吨左右。

    飞船专家想了想问道：“马院士，不知道你们实验飞船的燃料和死重是多少?”

    “飞船本身的结构和设备是20吨左右，燃料和氧化剂是8吨左右，有效载荷为6吨，剩余空间约220立方米。”马院士翻开笔记本回道。

    “这样吗?”飞船专家思考起来，一会之后，他开口说道：

    “考虑到投射飞船的速度进一步提升，我们必须增强飞船结构，不然飞船可能会因为无法承受太高的速度而解体。”

    “这个可能非常大，毕竟飞船在海拔60～100公里这一段距离之中，大气密度依旧相对较高，必须增加隔热层和强化整体结构。”黄豪杰赞同这个可能性。

    “或许可以采用石墨烯、碳纳米管和纳米复合材料来制作飞船，以此减少飞船的死重。”李想建议道。

    听到石墨烯、碳纳米管和纳米复合材料，李仲庭连忙问了一个问题：

    “用这些材料，那飞船的整体造价会不会太高?”

    毕竟和纳米、石墨烯、碳纳米管这些名词沾上边的东西，一看就知道不是便宜货。

    “贵一些没有关系，投射飞船本身就是要设计成可以重复使用的，我考虑投射飞船至少要可以重复使用一千次以上。”黄豪杰点开显示屏，一个正六边柱体飞船的模型浮现出来。

    “一千次以上?”

    飞船专家和李仲庭等人感到压力山大，就算是米粒家号称可以重复使用上百次的航天飞机，五架航天飞机加起来还没有一百次的使用次数，而且期间还有两架光荣了。

    要设计可以重复使用上千次的宇宙飞船，这个难度真的有点强人所难。

    “我知道这个要求非常难，但是万事开头难，只要按照目标进行下去，办法总比困难多。”黄豪杰说完，从飞船模型之中，点出一份报告发给所有人。

    “这个报告，是银河科技调查统计了全世界所有的航天事故，得出来的报告。”

    众人仔细的翻看起来，而作为航天局一方的人，他们当然要类似的研究报告。

    事实上航天器最容易出现的故障是操作系统故障，主要是电子元器件在外太空之中，受到了宇宙射线的影响，老化和故障率急剧攀升。

    无论是毛熊还是米粒家，他们的航天器就曾经多次出现控制系统故障，而导致事故的发生。

    那么人造卫星、空间站等航天器受的辐射到底是什么？

    这要从上个世纪“太空竞赛”开始说起。

    1957年，老毛子发射了人类第一颗人造卫星--Sputnik1。

    作为跟进，米粒家在1958年也发射了其第一颗人造卫星--Explorer1，这颗卫星上装在了用来测量辐射剂量强度的盖革计数器。

    范??阿伦在观测到地球周边辐射现象后发出了：My  God！Space  is  radioactive（大意是：天哪！太空竟然是放射性的）的感慨。

    因此，蓝星周边的这一辐射带被成为Van  Allen  Belt  （范??阿伦带）。

    范??阿伦带分为内带和外带，宇宙射线或太阳风造成的带电粒子在到达蓝星时，在蓝星磁场的作用下受到洛伦兹力作用，被束缚在蓝星周边。

    内带主要是带正电荷的质子组成，外带是带负电荷的电子组成。

    根据内外带的大小，低轨道的卫星或者国际空间站都位于质子组成的内带。

    而像北斗或者GPS导航卫星等大都运行在较高轨道的卫星则更容易受电子组成的外带影响。

    在外层空间辐射对航天器的损伤是普遍存在的。

    根据NASA公布的文件《Spacecraft  System  Failures  and  Anomalies  Attributed  to  the  Natural  Space  Environment（大意是：航天器系统失效和归因于自然空间环境的异常）》介绍了1973年到1995年间100多宗因空间环境引起的航天器故障。

    其中，1989年的强太阳风暴发造成了45颗卫星失联。

    另外，由于地球磁场的分布不均，地球不同上空的辐射强度也有所不同。

    在南美洲南大西洋附近，有一块地球磁场较弱区，由于磁场较弱，其对带电粒子的束缚能力不强，导致质子更加靠近地球。

    穿过该区域的低轨道卫星更加容易出故障。

    约翰家的萨里卫星公司制造的UoSat卫星，就曾记录了其穿越不同地球上空导致的异常，其在上述地球磁场较弱区域发生的异常数明显更多。

    如果考虑到太阳风，由于太阳风暴期间，其抛射的带电粒子将严重影响范阿伦带原有的平衡。

    在此期间，卫星工作更易受带电粒子影响。

    拿北斗或者GPS卫星导航系统来说，2017年9月8日，太阳爆发了近年来最强的耀斑，其引起的电离层扰动严重影响地面导航仪定位结果，用户的定位误差比以往大了好几倍。

    那么，空间辐射怎么影响航天器安全的。

    根据作用机理不同，大概可以分为3种。

    第一种叫做“总辐射剂量（TID）”效应，现代电子大量采用场效应晶体管（MOS），而场效应晶体管的栅氧层易受电离辐射影响，当到达一定剂量时就引起器件失效。

    第二种叫“位移损伤（DD）”，当高能粒子打击晶格，会造成晶格内原子位置移动。

    该项影响对卫星太阳能电池板影响最大，容易引起太阳能电池板效率下降，最终导致卫星供电不足。

    第三种叫“单粒子事件（SEE）”，高能粒子在击中逻辑电路时容易造成电路逻辑翻转，如果运气不好，会使其进入死循环。

    那么各国是如何防止或者避免航天器可能受到的空间辐射影响？

    目前，对卫星、空间站上的设备一般采取加固。

    比如，在“可编程逻辑门阵列”设计上，可以采用叫做三模块冗余（Three  Module  Redundancy）的技术。

    就是使用3份同样的器件表现进行表决，假设3份中不可能同时被打翻2份，以付出资源的代价换取系统的可靠性。

    当然空间站也会采取特殊材料对空间辐射进行隔离减弱。

    同样对于在外太空执行任务的航天员，其穿着的航天服也是经过防辐射设计的。

    上面说的都是饶地卫星或空间站的情况。

    对于深空探测，比如2017年9月15日坠入土星的卡西尼号，或者是已经飞出太阳系的旅行者号，则更多地受宇宙射线影响，但是原理是相通的。


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