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太空科技發(fā)展(太空技術(shù)有哪些)

文章出處:華仁儀表 發(fā)表時(shí)間:2021-09-27 17:08

來(lái)源:中央紀(jì)委國(guó)家監(jiān)委網(wǎng)站

中央紀(jì)委國(guó)家監(jiān)委網(wǎng)站 王珍

8月31日,中國(guó)載人航天工程辦公室官方發(fā)布神舟十二號(hào)航天員在軌拍攝的高清大圖。圖為8月24日晚上9點(diǎn)41分,太平洋上空,核心艙組合體的太陽(yáng)能帆板如同引領(lǐng)中國(guó)航天邁向浩瀚宇宙的指針,指向更遙遠(yuǎn)燦爛的未來(lái)。據(jù)了解,太陽(yáng)能帆板是“太空電站”的重要組成部分。(視頻截圖)(聶海勝/中國(guó)載人航天工程辦公室/CCTV+/視覺中國(guó))

被稱為“太空出差三人組”的聶海勝、劉伯明、湯洪波在距離地表上空400千米處打造的“太空家園”,進(jìn)行了近三個(gè)月的工作生活。如今,“太空出差三人組”已進(jìn)入返航倒計(jì)時(shí)。在軌駐留近三個(gè)月時(shí)間里,他們的一舉一動(dòng)一直備受世界關(guān)注。與以往相比,航天員的太空生活有了很大變化:

夠大——艙內(nèi)活動(dòng)空間從天宮一號(hào)的15立方米提升到了整站的110立方米,從“筒子樓”搬進(jìn)了“豪宅”,“三室一衛(wèi)”,外加“太空實(shí)驗(yàn)室”“太空廚房”“太空健身房”“太空醫(yī)院”,等等。

夠便捷——從“站睡”到“躺睡”,并且可以在包裹式淋浴間手持噴槍把自己擦拭干凈,更加便利地進(jìn)行“天地對(duì)話”,實(shí)現(xiàn)了“睡覺自由”“沐浴自由”“通話自由”。

夠智能——有了移動(dòng)WiFi,配備手持終端,航天員可通過(guò)APP調(diào)節(jié)艙內(nèi)照明環(huán)境。

……

一系列變化背后,也是一項(xiàng)項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破。記者帶您一起了解哪些“黑科技”為神舟十二號(hào)乘組在空間站的精彩生活保駕護(hù)航——

水汽、尿液等循環(huán)再利用產(chǎn)生的水約占航天員用水的八成

在太空怎么喝水,是航天員們經(jīng)常被問(wèn)及的問(wèn)題。這件在我們?nèi)粘I钪休p而易舉的事情,在太空上卻變得復(fù)雜和困難。

在“開學(xué)第一課”以及前不久舉辦的“時(shí)代精神耀香江”之仰望星空話天宮活動(dòng)中,正在“出差”的航天員們實(shí)時(shí)展示了如何喝到游離的太空水。

眾所周知,水是生命之源。那么,在無(wú)水的太空環(huán)境中,航天員們的用水從何而來(lái)?

記者了解到,太空用水并非源自同一個(gè)渠道。

根據(jù)載人航天器的型號(hào)和任務(wù)不同,其來(lái)源也不同:對(duì)于短期的在軌駐留任務(wù),主要是直接攜帶;而中長(zhǎng)期在軌駐留任務(wù),則涉及利用環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)對(duì)水資源進(jìn)行循環(huán)利用。

此次,神舟十二號(hào)乘組三個(gè)月的在軌駐留時(shí)長(zhǎng)就屬于中長(zhǎng)期任務(wù)。除了在神舟十二號(hào)飛行任務(wù)開始前,“快遞小哥”天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船先行為航天員運(yùn)送的補(bǔ)給中包括的10余個(gè)軟體水囊外,還需要通過(guò)自行生產(chǎn)和循環(huán)再利用方式獲取水。

自行生產(chǎn)方式主要是使用燃料電池生成水。氫和氧在催化劑作用下,分別在兩個(gè)電極上氧化成水。這種水先經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻,使溫度下降到18至24℃,然后進(jìn)入銀離子消毒器經(jīng)凈化處理送入貯水箱。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

而循環(huán)再利用方式,則是通過(guò)空間站的環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)。依靠這一系統(tǒng),可以在空間站通過(guò)冷凝干燥組件收集航天員呼出的水汽,再通過(guò)凈化裝置轉(zhuǎn)為可供飲用的再生水;尿液也能收集處理為蒸餾水,經(jīng)雜質(zhì)過(guò)濾、去除離子污染物、去除有機(jī)物等過(guò)程后,轉(zhuǎn)化為可飲用的再生水。

據(jù)中國(guó)航天員中心航天員系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師王春慧介紹:“再生式生命保障系統(tǒng),關(guān)系到中國(guó)空間站將來(lái)能不能可持續(xù)運(yùn)行,是真正在軌運(yùn)行下去的一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)?!?/p>

而全面驗(yàn)證包括再生生保系統(tǒng)在內(nèi)的航天員長(zhǎng)期駐留保障技術(shù),也是神舟十二號(hào)飛行任務(wù)之一。

從再生生保系統(tǒng)運(yùn)行的頭一個(gè)月情況來(lái)看,三名航天員每天大概需要的水是11到12升,其中通過(guò)再生生保系統(tǒng)生成的水約有9升,水資源閉合度達(dá)到了80%,再加上二氧化碳還原所產(chǎn)生的水,閉合度可達(dá)90%以上。

除了水的循環(huán)利用,再生生保系統(tǒng)還包括電解制氧、二氧化碳的去除、微量有害氣體的去除等子系統(tǒng)。

此前,環(huán)控生保團(tuán)隊(duì)算了這樣一筆賬:如果不采用再生生保系統(tǒng),三名航天員在軌一年大約需要氧氣瓶83個(gè)、重量2.2噸,需要應(yīng)急二氧化碳凈化器130個(gè)、重量也是2.2噸,還有微量有害氣體的凈化設(shè)備、水箱等,涉及物資合計(jì)約7.5噸。而使用再生生保系統(tǒng)后,僅需有關(guān)物資1.1噸。“可見再生生保系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)空間站的長(zhǎng)期運(yùn)行來(lái)說(shuō),是非常重要的,而我們這個(gè)技術(shù)目前通過(guò)在軌驗(yàn)證還是非常好的?!蓖醮夯壅f(shuō)。

太空醫(yī)院適時(shí)監(jiān)測(cè)健康狀況,太空空調(diào)過(guò)濾異味制造氧氣

采血、眼底檢查、超聲檢查、骨密度測(cè)試……在公開的視頻中,三名航天員進(jìn)行健康狀況監(jiān)測(cè)的場(chǎng)景,引起廣泛關(guān)注。

在太空中,航天員的身體健康狀況尤為重要,設(shè)計(jì)人員打造了專門的“太空醫(yī)院”為他們保駕護(hù)航。

對(duì)于航天員身體健康狀況的監(jiān)測(cè),從他們出征那一刻便開始了。監(jiān)測(cè)設(shè)備便是在出征儀式上佩戴在航天員大腿外側(cè)的兩個(gè)銀灰色盒子,它們分別是生理信號(hào)測(cè)試盒、心電記錄裝置。

生理信號(hào)測(cè)試盒,可實(shí)時(shí)檢測(cè)航天員飛行過(guò)程中的心電、呼吸、體溫等生理指標(biāo),下傳至地面指揮中心,由地面醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行診斷。心電記錄裝置,用于心電信號(hào)的采樣與存儲(chǔ),待航天員返回后分析其心電數(shù)據(jù)。

6月17日,電視里反復(fù)播放著三名航天員出征時(shí)的鏡頭,中國(guó)航天科工集團(tuán)航天三江紅峰公司副主任設(shè)計(jì)師唐輝既興奮又緊張。他告訴記者,他參與設(shè)計(jì)的這兩樣“太空醫(yī)院”產(chǎn)品,成為最先了解三位航天員身心健康狀況的“人”。

而在核心艙,除了對(duì)艙內(nèi)溫度、濕度、空氣壓力、微重力環(huán)境等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的設(shè)備之外,還安裝了很多監(jiān)測(cè)航天員身體狀況的醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備。比如,常規(guī)醫(yī)監(jiān)設(shè)備可以為航天員在長(zhǎng)期飛行中的生理健康狀態(tài)和功能提供全面有效的醫(yī)學(xué)監(jiān)督和保障;睡眠監(jiān)護(hù)儀能夠采集航天員睡眠時(shí)產(chǎn)生的多路生理信號(hào),為航天員睡眠質(zhì)量做定期評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù);無(wú)創(chuàng)血液動(dòng)力學(xué)監(jiān)護(hù)儀能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)航天員一導(dǎo)心電和二導(dǎo)脈搏的無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè),協(xié)助完成航天員的脈搏量、心排量、外周血管阻力等各項(xiàng)血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)的健康監(jiān)督。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

如果航天員出現(xiàn)肌肉疲勞,“太空醫(yī)院”的“太空按摩儀”還可提供按摩服務(wù),對(duì)航天員進(jìn)行電脈沖刺激,協(xié)助航天員進(jìn)行肌肉疲勞恢復(fù)和肌肉力量訓(xùn)練。至于航天員的心理狀況,“太空醫(yī)院”還會(huì)把相關(guān)指標(biāo)發(fā)送到地面,由專家適時(shí)進(jìn)行心理干預(yù)。

不僅如此,設(shè)計(jì)人員還打造了“太空廚房”“太空健身房”“太空空調(diào)”等,為航天員的身心健康保駕護(hù)航。

米飯、魚香肉絲、宮保雞丁、紅糖糍粑、干果……記者了解到,為保證航天員吃得好,空間站配備了120多種航天食品,有葷有素、有主有副。雖然不能像在地面上一樣現(xiàn)炒現(xiàn)吃,但“太空廚房”配備的熱風(fēng)裝置、微波加熱裝置、冰箱等,足以保證讓航天員吃上美味的家鄉(xiāng)菜。

據(jù)介紹,由于太空失重環(huán)境的影響,短期航天飛行后,人會(huì)損失10%至20%的肌肉,如不采取積極健身的對(duì)抗措施,在長(zhǎng)期飛行中肌肉可能丟失50%?!疤战∩矸俊迸鋫涞呐懿綑C(jī)、健身車、拉力器等健身器械,就是防止他們肌肉萎縮和骨質(zhì)流失、保障他們生命健康的重要手段。“太空空調(diào)”則為航天員們提供了更宜居的環(huán)境。

太空生活更加舒適的背后,離不開技術(shù)的強(qiáng)大支撐。

以太空冰箱為例。食品冷藏設(shè)備應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,不僅要克服發(fā)射升空過(guò)程中的強(qiáng)烈震動(dòng)沖擊,同時(shí)還要克服太空微重力環(huán)境下傳熱機(jī)理及均勻溫度場(chǎng)的難題。對(duì)此,科研人員實(shí)現(xiàn)了抗震性能、制冷效率等方面的技術(shù)突破,才能為航天員長(zhǎng)期在軌駐留生活提供食品低溫存儲(chǔ)服務(wù)。

“飛船中液路截止閥和氣體流量調(diào)節(jié)閥是‘太空空調(diào)’的主要組成部件?!碧戚x告訴記者,液路截止閥是開啟或截止內(nèi)回路部分分支流量,以調(diào)整內(nèi)回路中的不同工作狀態(tài);氣體流量調(diào)節(jié)閥功能是通過(guò)閥門開口量的調(diào)節(jié),讓艙內(nèi)的氣體流動(dòng)起來(lái),實(shí)現(xiàn)對(duì)艙內(nèi)溫度的控制,保證艙中航天員具有合適的溫度環(huán)境,“通??刂圃?0多度”。除此之外,“太空空調(diào)”系統(tǒng),還有過(guò)濾異味與顆粒物、制造氧氣等功能。

空間站W(wǎng)iFi覆蓋,通信鏈路的下行速率與5G相當(dāng),時(shí)延僅為秒級(jí)

如同PS調(diào)色的紅色湖水、來(lái)自大西洋的最后一滴眼淚、時(shí)隔九年再見的“曲線”……9月9日,神舟十二號(hào)航天員第二批在軌拍攝的高清圖片出爐,讓我們?cè)俅晤I(lǐng)略了壯美地球。

此前,航天員還多次與地面進(jìn)行畫面清晰、聲音響亮的“天地對(duì)話”,拍攝并傳回高清圖片、vlog等。這些跨越時(shí)空的通信之所以能夠?qū)崿F(xiàn),離不開空間站、天鏈中繼衛(wèi)星和地面站的共同參與。

在我們的生活中,WiFi的重要性不言而喻。設(shè)計(jì)師們?cè)谥暗目傮w設(shè)計(jì)方案上不斷升級(jí),采用全新的信息技術(shù),讓空間站也實(shí)現(xiàn)了WiFi覆蓋。這一設(shè)計(jì)大大提高了航天員太空生活的便利性和舒適度。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

6月18日上午,在空間站里的第一個(gè)早晨,三名航天員就干了一件讓許多網(wǎng)友都非常熟悉的事——給空間站安裝無(wú)線WiFi設(shè)備。

據(jù)介紹,天上的網(wǎng)和地上的網(wǎng)是連成一體的,有了WiFi之后,航天員就可以和地面人員,甚至是他們的家人進(jìn)行順暢溝通和視頻通話。

有著航天員“女教頭”之稱的中國(guó)載人航天工程航天員系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師黃偉芬此前在接受采訪時(shí)就表示,除了日常的科研工作外,航天員在閑暇的時(shí)間里,可以聽音樂(lè)、玩游戲、看視頻,實(shí)時(shí)觀看電視直播,也可以隨時(shí)給地面打電話。“可以看新聞聯(lián)播,而且是實(shí)況直播;還可以和家人、朋友、同事通電話,通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)給地面發(fā)送文字短信、圖片、視頻等等?!秉S偉芬稱。

記者了解到,在天和核心艙,10余臺(tái)有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、有線和藍(lán)牙耳機(jī)、手機(jī)、筆記本電腦等都可作為網(wǎng)絡(luò)終端。這些終端將采集到的圖像和語(yǔ)音數(shù)據(jù)等通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線WiFi連接至艙內(nèi)以太網(wǎng)交換機(jī),通過(guò)高速通信處理器經(jīng)中繼鏈路傳輸?shù)降孛妗>秃帽仍诘孛嫔?,我們打電話、發(fā)短信要通過(guò)手機(jī)天線一樣,空間站與地面的聯(lián)系,絕大部分靠核心艙上的中繼天線完成。通信鏈路的下行速率是1.2G,與地面5G通信速率相當(dāng)。中繼衛(wèi)星地面站實(shí)時(shí)接收太空數(shù)據(jù),然后將數(shù)據(jù)傳到北京航天飛行控制中心,再根據(jù)不同標(biāo)識(shí)進(jìn)行自動(dòng)分發(fā),時(shí)延僅為秒級(jí)。

將新技術(shù)應(yīng)用在空間站,是中國(guó)空間站相較于其他在軌空間站的一個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

基于空間站的WiFi網(wǎng)絡(luò),一些“接地氣”的技術(shù)在中國(guó)空間站上也得到了應(yīng)用,航天員在艙內(nèi)工作生活的舒適性方面有了大幅提高。如智能家居技術(shù)。每名航天員都配備有手持終端,他們可以根據(jù)個(gè)人需求,通過(guò)APP調(diào)節(jié)艙內(nèi)照明環(huán)境,遠(yuǎn)程控制“太空廚房”的微波爐等。如設(shè)置私密語(yǔ)音通道,讓航天員可以跟家人說(shuō)上“悄悄話”。

還有從有線大耳機(jī)到無(wú)線內(nèi)嵌式骨傳導(dǎo)耳機(jī)的變化。航天員們佩戴著小巧精致的骨傳導(dǎo)耳機(jī),連接手機(jī)藍(lán)牙后,再通過(guò)WiFi連接艙內(nèi)設(shè)備,方便他們?cè)诟鱾€(gè)艙段相互通話、在任何位置與地面通話,不僅語(yǔ)音效果更好,而且久戴不痛,不會(huì)導(dǎo)致聽力下降……

這些技術(shù)在民用領(lǐng)域很普遍,但是在太空中在軌使用,仍需要經(jīng)過(guò)一番改造。而這一切都是為了保障長(zhǎng)期飛行的航天員有效地工作、舒適地生活,這是我國(guó)載人航天工程技術(shù)的進(jìn)步,也是理念的進(jìn)步。

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