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需要防贼?神舟十三号返回后天宫空间站无人值守,外国飞船能偷偷

2022-08-20 18:52

html模版需要防贼?神舟十三号返回后天宫空间站无人值守,外国飞船能偷偷对接?

2022年4月16日,神舟十三号飞船载着三名航天员顺利返回东风着陆场,完成了空间站验证阶段全部任务目标。按照计划,天舟三号货运飞船将转移到天和核心舱前向对接口,5月份发射天舟四号货运飞船,神舟十四号载人飞船将在6月发射,开启空间站在轨建造工作。

有朋友表示担忧:咱们空间站有两个月处于无人值守状态,这么长时间里会不会有“不速之客”偷偷进入我们的空间站干坏事呀?

外国飞船偷偷对接天宫空间站?

这是个有意思的假设,不过你完全不必担心,咱们的空间站是闲人免进的。

目前全球能够发射载人飞船的只有三个国家:俄罗斯、美国和中国。如果有外人造访,嫌疑人只有俄美两家,俄罗斯没能力,美国宇航员进不了门。下面我来讲一讲原因。

进入中国空间站的第一个条件就是要“共轨”??保持相同的轨道高度和倾角。国际空间站倾角是51.64°,天宫空间站则在倾角为41.58°的轨道上运行,二者的轨道倾角不同,如果一艘飞船要想从国际空间站飞到中国空间站,几乎是一项不可完成的任务。

两个空间站轨道倾角不同

有朋友说,在两个空间站即将交会时,把飞船轨道向下调整几十公里,不就可以到达中国空间站了吗?你可能忽略了两个空间站之间的相对速度。

空间站的轨道速度都在7.67公里/秒左右,当载人飞船从国际空间站脱离也差不多是这个速度。由于两个空间站的轨道倾角相差了10°,当飞船与中国空间站相遇时,它们的相对速度达到1.4公里/秒,是“复兴号”高铁列车(时速350公里)的14倍!

飞船比高铁快许多倍

以如此快的速度与空间站对接是不可想象的,两个航天器高速相遇的结果只会是粉身碎骨。当神舟飞船接近天和核心舱时,它们的相对速度以“厘米/秒”计。为了能够安全接近天宫空间站,“访客”需要开启发动机进行侧向轨道机动,提前将1.4公里/秒的相对速度减下来,从而最终与天宫同步。

飞船有足够燃料来改变速度吗?俄罗斯“联盟号”载人飞船大约能装800千克推进剂,即使全部烧完也只能提供不到0.4公里/秒的速度变量,完全无法与天宫空间站操持同步,美国“载人龙”飞船更做不到。

神舟飞船缓慢靠近空间站

天宫空间站在395公里高度环绕地球飞行,绕地球转一圈用时92.1分钟;国际空间站轨道高度为418公里,转一圈92.9分钟。当天宫飞到太平洋上空时,国际空间站却在地球另一边的大西洋上空,所以绝大多数时间里彼此“井水不犯河水”,甚至永远都不会看见彼此,因此飞船没办法从国际空间站机动到中国空间站。

不经过国际空间站,俄美从地面发射的飞船能够与中国空间站对接吗?很遗憾,也不行。

俄罗斯拜科努尔发射中心位于北纬45.6°,东方发射场位于北纬51.5°,尊龙凯时 人生就是搏,从这里发射的航天器的轨道角都大于41.5°,需要额外消耗大量燃料才能做到与天宫空间站共轨,至少目前它的火箭和飞船做不到。

美国和欧洲航天发射场的纬度较低,理论上可以向中国空间站发射飞船。然而“共轨”仅仅是对接的第一个条件,他们的对接机构还要与我们配套才行。

天舟飞船与空间站对接

俄罗斯采用了“杆-锥”式对接,对接机构分为“一公一母”,飞船的舱口装了一根长长的可伸缩的金属杆,空间站对接舱口则对应设置了一个喇叭形的洞。

当“联盟号”载人飞船或“进步号”货运飞船接近空间站时,对接机构前端的对接杆会伸出,插入空间站对接装置喇叭口的底端,这样做的好处是飞船不需要非常精确,只要金属杆接触到锥形口的内壁,惯性作用就能让其前端滑入到中心底部并被捕获。之后金属杆回缩,将两个对接机构拉紧并锁紧,完成对接。

俄罗斯飞船“杆-锥”式对接机构

俄罗斯对接机构与天宫空间站差别很大,因此它的飞船不可能与中国空间站进行对接。相比之下,美国“载人龙”飞船跟神舟飞船的对接口非常像,它们都采用了“异体同构周边”式对接机构,大家的舱口直径也都是80厘米,“太空”网站甚至称中国神舟飞船能直接与国际空间站对接,因为它“采用了国际对接系统标准(IDSS)”。

国际对接系统标准文件是公开的

我们仔细对比神舟飞船与国际空间站APAS-89/95标准的对接口机构,可以找到许多相似之处,甚至连锁紧装置的角度与位置都几乎一样,看样子我们的空间站对接系统的确是借鉴了IDSS标准中的某些东西。

神舟飞船对接口与APAS-89/95对比

但仅凭对接环外形相同就判定神舟飞船可以无阻碍地对接国际空间站,或者担心中国空间站在未经允许的情况下被别人的飞船“入侵”,就显得有些杞人忧天。因为对接并不仅仅是机械捕获,它还涉及复杂的电气连接。

中国空间站采用了与国际空间站不同的瞄准方式,这是对接成功的一个关键环节,无论是宇航员手动操作还是交给计算机自动完成交会对接,都需要两个航天器通过传感器建立起相互之间的联系。距离较远时,航天器通过导航卫星和地面跟踪数据测量彼此的速度与距离,较近时利用微波交会雷达系统、激光对接雷达系统和光学对接摄像系统才能最终完成对接。

联盟飞船显示不断变化的对接参数

外国飞船与中国空间站之间系统不兼容、对接系统电气接口不统一,它即便是冒险接近了天和核心舱,也没办法瞄准节点舱的对接口,更不用说完成对接机构的锁紧与密封了。

飞船与空间站对接锁紧之后需要先检查气密性,确保对接环不漏气,一旦飞船失压,宇航员就会有生命危险。天宫空间站即便处于无人值守状态,它内部依然保持着1个大气压强,作用在舱盖上的压力超过5吨,如果在对接之后未完成锁紧加压,没有人能打开空间站的承压舱门。

翟志刚打开天宫承压舱门

现在简单做一个回顾:

我们不需要担心天宫空间站在无人值守期间被非法闯入,外国飞船想从国际空间站飞到中国空间站是一项不可能完成的任务;空间站里没人不代表不受地面控制,加之系统不兼容,外国发射飞船接近天宫空间站也很难在节点舱停靠;中国空间站与国际空间站对接口相似,但电气控制系统不相同,外国飞船也不可能执行锁紧密封等关键操作,自然也就无法打开天宫的舱门。

退一万步讲,即便是偷摸进了天宫,他们也学会中文了吗?