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抛弃化学燃料,超越美国空间站,中国空间站离子电推到底有多牛?

  中国空间站首个舱段:天和号核心舱在在长征五号乙的强大推力下准确进入预定轨道,不过这次的成功只是未来一系列发射的第一步,从现在开始到2022年11月,将执行密集的10次发射,初步建成我国第一个常驻空间站!
  核心舱,到底装载了哪些东西?
  "天和"核心舱总长16.6米,直径4.2米,重约22吨,总空间50立方米,千万别小看了这个舱段,它是整个空间站的核心舱段,未来的电力、数据以及推进与控制系统,都在这个舱段,因此它将是未来空间站的大脑与结构支撑!
  同时由于胖五在LTO轨道上的运载能力非常强悍,它的尺寸比国际空间站的任何一个舱段都要大,比如国际空间站的第一个舱段曙光号功能仓,全长12.56米,直径4.11米,重约19.32吨。
  核心舱支撑3名宇航员长期在轨驻留,另外它的设计寿命为15年,为了保证长期在轨运行,它还有强悍的机动变轨能力!
  天宫空间站整体规模有多大?
  2022年将会发射问天实验舱、梦天试验舱,三个舱段将构成一个T字形,每个舱段的规模都是20吨级,正常情况下会有一艘载人飞船随时待命,此时的总吨位至少将超过70吨,再加上扩展的光学舱和扩展舱段,总质量达到设计的100吨!
  2023年起天宫空间站将开始正式运行,预计在轨时间15年以上,当然另一个关键信息是天宫空间站上迎来的第一位外籍宇航员会是哪国的呢?一年只需一次补给,甩国际空间站十条大街
  国际空间站的轨道高度大约在417千米~421千米之间,轨道衰减大约每月2千米,这是由于近地空间的稀薄大气阻力,造成空间站轨道高度下降!
  因此每年国际空间站消耗的燃料高达4吨,如果要变轨(改变倾角或者遭遇太阳活动高峰年,则更多一些),这些燃料都是货运飞船一点点送上去的!因此在国际空间站的很多舱段内都有燃料箱:
  星辰舱段上有32个小型推力器(周围分布,RCS,姿态控制)以及两个主推的S5.79发动机(位于尾部对接口侧面)。曙光舱段是另一个推进舱段,有12个RCS和2个主推力发动机,负责空间站的轨道保持。
  在曙光舱段上有16个容积为400升的长罐和330升的短罐(各8个),一共能储存5.76吨燃料,星辰号则是由2个400升的燃料罐,只能存储860千克燃料。
  M-52进步号飞船
  因此国际空间站的燃料存储能也就一年多轨道维持,所以对货运飞船"进步号"的依赖非常严重,而可怜的是进步号总共也只有2.3吨载荷,有1.3吨是空间站补给的食品与其他货物,只有1吨的燃料装载量,对接时后方的非加压舱里的两种燃料在高压氮气的压力下注入国际空间站。因此每年的国际空间站至少需要4次才能满足国际空间站轨道维持需要。
  这张图显示了过去一年内国际空间站的运行高度
  天宫空间站,一年补给一次足够!
  和国际空间站一样,天宫空间站的高度和国际空间站高度类似,它也需要燃料来维持轨道高度,因为在近地轨道上不可避免地会受到稀薄大气的阻力,但天宫空间站使用的将和国际空间站完全不同的推进机制,它将使用离子电推发动机,燃料消耗将比国际空间站低一个数量级!
  离子电推发动机,是个什么概念?
  经常在直播中看到的火箭发射就是化学火箭,它的原理很简单,利用燃料燃烧的高温高压将气体排出获得前进的动力,所以它的动力十分强大,发射时惊天动地,很多朋友不远千里跑去就为观看那一刹那的震撼!
  但这样的火箭发动机燃料消耗十分惊人,比如土星五号3000多吨燃料,几分钟内就烧完了,这是在大气层内的消耗,到了太空会相对比较低,但由于化学燃料燃烧后尾焰喷出速度只有2-3千米/秒,因此想要获得更高的速度,就必需燃烧更多的燃料和更久的时间,对于空间站需要长期维持的飞行器这是一项沉重的负担。
  而电推发动机的原理不复杂,将推进剂电离,然后将其中的电子和离子(原子核)分离,然高质量较高的离子经过磁场加速,高速向后方排出,再将电子通过电子枪注入后方的离子羽流中和,避免发动机积累电荷。
  这种排气速度可以提高到20-30千米/秒,因此它的燃料非常"耐烧",达到同样的加速度,燃料消耗可以降低一个数量级,不过这种发动机有一个致命的缺点,推力太低,不过好在它可以持续提供推力,这种要求对于空间飞行器的变轨和加速并不是特别大的缺点,但好处是可以少携带90%以上的燃料,这是多大的诱惑?
  天和核心舱的发动机:LHT-100型霍尔电推
  天和核心舱的发动机是LT-100型霍尔电推,常见的离子发动机中有静电式(离子)和电磁式(霍尔),静电式的原理是推进剂电离后,利用栅极提取离子,再利用静电场来加速离子。
  霍尔效应推进器
  电磁式则是利用磁场控制电子的运动,让电子在推进方向上积累,形成一个电位差,然后再用这个制造的电位差来加速离子,获得推进动力。
  静电式的比冲极大,但推力很小,霍尔式比冲相对较低,但推力比较大,前者适合小型飞行器保持轨道,后者适合大型航天器或者载人深空探测时使用!
  LHT-100型霍尔电推
  LHT-100型霍尔氙离子电推是兰州空间技术物理研究所开发的,推力80mN,2台主推,2台备份,用的"燃料"是氙气,每年的燃料消耗量可以低至百公斤级,国际空间站的1/20以下,因此大大减轻了货运飞船补给的压力!
  另外天和核心舱的LHT-100发动机和贮气瓶都可以随时更换,设计寿命10年以上,未来如果需要更换发动机延长天宫空间站的寿命,完全是可行性操作!

中国测试第六届编委会2017中国测试编委会简介中国测试期刊由中国工程院高洁院士担任主编,于起峰毛二可李乐民叶声华张锡祥姚建铨张钟华姜文汉等多位院士及全国重点高校科研机构100余家知名专家教授担任特邀编揭秘那个随时为你提供定位导航的老大哥自驾游少不了导航的帮助,小小一个软件即可以搞定路线规划精准定位实时路况,看似简单的应用,它依附的科技可并不简单。我们所有的定位导航系统背靠的老大哥都是全球卫星导航系统,即Globa快通车了成都地铁7号线进行铺轨安全检测成都人民等待很久的成都地铁7号线在今年年底就要开通了。作为成都的首条地铁环线,7号线全长38。6km,沿线串联起了火车北站火车东站火车南站三个重要的铁路交通枢纽,并与多条城市捷运和2017中国测试学术年会即将拉开序幕!各计量测试技术研究院(所)学术技术机构及中国测试编委联盟单位随着现代科学技术的迅猛发展,测试技术不断被赋予新的责任和要求,各行业各领域对测试技术发展的重要性更为关注,新的测试技术与开学了!慎购5大高危文具!文具,是孩子学习最重要的伙伴之一,但是稍有不慎,也可能会成为夺命元凶。正值开学季,各位爸妈一定要谨慎挑选学习用品,并引导孩子正确使用,否则后果不堪设想。几种高危文具一警惕笔帽安全!继北上广,成都济南也禁止鸣笛,这车到底怎么开?成都市公安局交通管理局近期发布了关于进一步加强机动车鸣喇叭管理的通告。该通告将从8月16日起开始实施,有效期5年。通告包括但不限于成都市绕城高速(G4201)以内(不含绕城高速),宜宾学院与中国测试杂志社签署战略联盟合作协议2017年11月16日,宜宾学院蔡乐才党委书记一行3人来我院开展技术交流工作,参观了我院生物所化学所等实验室,并协商战略联盟合作事宜及签订合作协议。我院杨杰斌副院长科技处处长孙登峰你可能不知道,物联网技术还能监测地质灾害近年来,我国地质灾害频发,其中突发性滑坡崩塌泥石流因发生时间短隐蔽性强,破坏性极大,造成了重大的人员伤亡和巨大经济损失。据国土资源部全国地质灾害灾情数据统计,2015年共发生地质灾暖宝宝贴与你的肌肤之亲,止于低温烫伤近期,最强降雪覆盖大半个中国,多地积雪深度破纪录,受连续降雪和冷空气影响,全国多地持续降温。人们在外出欣赏雪景的同时,防寒保暖显得尤为重要。其中,一次性随身保暖产品(如暖贴等)因其看完这篇,请你收起习惯索要塑料袋的手潜水爱好者RichardHorner和LaurenJubb向世人展示了一个大多数人没见过的巴厘岛于是,RichardHorner在MantaPoint海湾潜水时,将眼前的一幕记录了吃火锅可能造成兴奋剂误用?四川人吃一顿火锅,可能要用掉一斤辣椒,半斤花椒?中国测试最新刊登的文章常用药材中去甲乌药碱的LCMSMS测定方法研究中,研究人员从花椒中检测出去甲乌药碱的存在,提示运动员需要谨慎食
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