第二百四十章 調研報告
更新時間:2019-11-06 作者:嶺南仨人
銀河科技帝國 第二百四十章 調研報告
盡管藍星上面，擁有運載火箭技術的國家不在少數，但是技術相對完善，而且安全程度高的，就米粒家、毛熊和東唐。 而載人航天技術的難度，比運載火箭更上一層樓。 宇宙飛船雖然是最簡單的一種載人航天器，但它還是比無人航天器（例如衛星等）復雜得多。 宇宙飛船與返回式衛星有相似之處，但要載人，必須增加許多特設系統，以滿足航天員在太空工作和生活的多種需要。 例如，用于空氣更新、廢水處理和再生、通風、溫度和溫度控制等的環境控制和生命保障系統、報話通信系統、儀表和照明系統、宇航服、載人機動裝置和逃逸系統等。 除此之外，宇宙飛船都有基本的結構系統、通信系統、電源系統、溫控系統、遙測系統、姿態控制系統、變軌系統和推進劑等。 通常宇宙飛船由二、三個艙段組成，如乘員艙、服務艙、軌道艙等。 乘員艙是航天員在飛行過程中生活和工作的地方，除結構外，它包含了全部環境控制與生命保障系統。 服務艙用于裝載各種消耗器、安裝姿態和軌道控制系統發動機。 軌道艙主要用于裝載各類儀器。 “我看過你們的投射器設計模型，可以容納一個邊長3米，高度12米的正六邊柱體宇宙飛船，這個大小是否是固定的”一個航天局的宇宙飛船設計專家先開口。 馬院士回道：“原型機是固定的，但是我們已經改進了設計方案，考慮到真空管道的加成，未來的投射器導軌是活動式的，計劃有三個規格，分別是邊長3米高12、邊長4米高16米、邊長5米高20米。” 飛船專家默算一下，三個規格分別擁有約280立方米、498立方米、779立方米的空間。 而280立方米級別擁有34噸的質量，這個質量顯然并沒有完全利用到全部空間。 以初始型號的神舟載人飛船為例子，前面的幾個型號的參數都差不多，全長8.86米，最大處直徑2.8米，總重量達到7790公斤。 也就是初始型號的神舟飛船體積大概是40立方米左右，平均每立方米約200公斤。 而體積280立方米的投射飛船，按照神舟飛船的體積重量比來計算，將達到56噸左右。 飛船專家想了想問道：“馬院士，不知道你們實驗飛船的燃料和死重是多少” “飛船本身的結構和設備是20噸左右，燃料和氧化劑是8噸左右，有效載荷為6噸，剩余空間約220立方米。”馬院士翻開筆記本回道。 “這樣嗎”飛船專家思考起來，一會之后，他開口說道： “考慮到投射飛船的速度進一步提升，我們必須增強飛船結構，不然飛船可能會因為無法承受太高的速度而解體。” “這個可能非常大，畢竟飛船在海拔60～100公里這一段距離之中，大氣密度依舊相對較高，必須增加隔熱層和強化整體結構。”黃豪杰贊同這個可能性。 “或許可以采用石墨烯、碳納米管和納米復合材料來制作飛船，以此減少飛船的死重。”李想建議道。 聽到石墨烯、碳納米管和納米復合材料，李仲庭連忙問了一個問題： “用這些材料，那飛船的整體造價會不會太高” 畢竟和納米、石墨烯、碳納米管這些名詞沾上邊的東西，一看就知道不是便宜貨。 “貴一些沒有關系，投射飛船本身就是要設計成可以重復使用的，我考慮投射飛船至少要可以重復使用一千次以上。”黃豪杰點開顯示屏，一個正六邊柱體飛船的模型浮現出來。 “一千次以上” 飛船專家和李仲庭等人感到壓力山大，就算是米粒家號稱可以重復使用上百次的航天飛機，五架航天飛機加起來還沒有一百次的使用次數，而且期間還有兩架光榮了。 要設計可以重復使用上千次的宇宙飛船，這個難度真的有點強人所難。 “我知道這個要求非常難，但是萬事開頭難，只要按照目標進行下去，辦法總比困難多。”黃豪杰說完，從飛船模型之中，點出一份報告發給所有人。 “這個報告，是銀河科技調查統計了全世界所有的航天事故，得出來的報告。” 眾人仔細的翻看起來，而作為航天局一方的人，他們當然要類似的研究報告。 事實上航天器最容易出現的故障是操作系統故障，主要是電子元器件在外太空之中，受到了宇宙射線的影響，老化和故障率急劇攀升。 無論是毛熊還是米粒家，他們的航天器就曾經多次出現控制系統故障，而導致事故的發生。 那么人造衛星、空間站等航天器受的輻射到底是什么？ 這要從上個世紀“太空競賽”開始說起。 1957年，老毛子發射了人類第一顆人造衛星Sputnik1。 作為跟進，米粒家在1958年也發射了其第一顆人造衛星Explorer1，這顆衛星上裝在了用來測量輻射劑量強度的蓋革計數器。 范阿倫在觀測到地球周邊輻射現象后發出了：MyGod！Spaceisradioactive（大意是：天哪！太空竟然是放射性的）的感慨。 因此，藍星周邊的這一輻射帶被成為VanAllenBelt（范阿倫帶）。 范阿倫帶分為內帶和外帶，宇宙射線或太陽風造成的帶電粒子在到達藍星時，在藍星磁場的作用下受到洛倫茲力作用，被束縛在藍星周邊。 內帶主要是帶正電荷的質子組成，外帶是帶負電荷的電子組成。 根據內外帶的大小，低軌道的衛星或者國際空間站都位于質子組成的內帶。 而像北斗或者GPS導航衛星等大都運行在較高軌道的衛星則更容易受電子組成的外帶影響。 在外層空間輻射對航天器的損傷是普遍存在的。 根據NASA公布的文件《SpacecraftSystemFailuresandAnomaliesAttributedtotheNaturalSpaceE女ironment（大意是：航天器系統失效和歸因于自然空間環境的異常）》介紹了1973年到1995年間100多宗因空間環境引起的航天器故障。 其中，1989年的強太陽風暴發造成了45顆衛星失聯。 另外，由于地球磁場的分布不均，地球不同上空的輻射強度也有所不同。 在南美洲南大西洋附近，有一塊地球磁場較弱區，由于磁場較弱，其對帶電粒子的束縛能力不強，導致質子更加靠近地球。 穿過該區域的低軌道衛星更加容易出故障。 約翰家的薩里衛星公司制造的UoSat衛星，就曾記錄了其穿越不同地球上空導致的異常，其在上述地球磁場較弱區域發生的異常數明顯更多。 如果考慮到太陽風，由于太陽風暴期間，其拋射的帶電粒子將嚴重影響范阿倫帶原有的平衡。 在此期間，衛星工作更易受帶電粒子影響。 拿北斗或者GPS衛星導航系統來說，2017年9月8日，太陽爆發了近年來最強的耀斑，其引起的電離層擾動嚴重影響地面導航儀定位結果，用戶的定位誤差比以往大了好幾倍。 那么，空間輻射怎么影響航天器安全的。 根據作用機理不同，大概可以分為3種。 第一種叫做“總輻射劑量（TID）”效應，現代電子大量采用場效應晶體管（MOS），而場效應晶體管的柵氧層易受電離輻射影響，當到達一定劑量時就引起器件失效。 第二種叫“位移損傷（DD）”，當高能粒子打擊晶格，會造成晶格內原子位置移動。 該項影響對衛星太陽能電池板影響最大，容易引起太陽能電池板效率下降，最終導致衛星供電不足。 第三種叫“單粒子事件（SEE）”，高能粒子在擊中邏輯電路時容易造成電路邏輯翻轉，如果運氣不好，會使其進入死循環。 那么各國是如何防止或者避免航天器可能受到的空間輻射影響？ 目前，對衛星、空間站上的設備一般采取加固。 比如，在“可編程邏輯門陣列”設計上，可以采用叫做三模塊冗余（ThreeModuleRedundancy）的技術。 就是使用3份同樣的器件表現進行表決，假設3份中不可能同時被打翻2份，以付出資源的代價換取系統的可靠性。 當然空間站也會采取特殊材料對空間輻射進行隔離減弱。 同樣對于在外太空執行任務的航天員，其穿著的航天服也是經過防輻射設計的。 上面說的都是饒地衛星或空間站的情況。 對于深空探測，比如2017年9月15日墜入土星的卡西尼號，或者是已經飛出太陽系的旅行者號，則更多地受宇宙射線影響，但是原理是相通的。 銀河科技帝國 第二百四十章 調研報告
盡管藍星上面，擁有運載火箭技術的國家不在少數，但是技術相對完善，而且安全程度高的，就米粒家、毛熊和東唐。 而載人航天技術的難度，比運載火箭更上一層樓。 宇宙飛船雖然是最簡單的一種載人航天器，但它還是比無人航天器（例如衛星等）復雜得多。 宇宙飛船與返回式衛星有相似之處，但要載人，必須增加許多特設系統，以滿足航天員在太空工作和生活的多種需要。 例如，用于空氣更新、廢水處理和再生、通風、溫度和溫度控制等的環境控制和生命保障系統、報話通信系統、儀表和照明系統、宇航服、載人機動裝置和逃逸系統等。 除此之外，宇宙飛船都有基本的結構系統、通信系統、電源系統、溫控系統、遙測系統、姿態控制系統、變軌系統和推進劑等。 通常宇宙飛船由二、三個艙段組成，如乘員艙、服務艙、軌道艙等。 乘員艙是航天員在飛行過程中生活和工作的地方，除結構外，它包含了全部環境控制與生命保障系統。 服務艙用于裝載各種消耗器、安裝姿態和軌道控制系統發動機。 軌道艙主要用于裝載各類儀器。 “我看過你們的投射器設計模型，可以容納一個邊長3米，高度12米的正六邊柱體宇宙飛船，這個大小是否是固定的”一個航天局的宇宙飛船設計專家先開口。 馬院士回道：“原型機是固定的，但是我們已經改進了設計方案，考慮到真空管道的加成，未來的投射器導軌是活動式的，計劃有三個規格，分別是邊長3米高12、邊長4米高16米、邊長5米高20米。” 飛船專家默算一下，三個規格分別擁有約280立方米、498立方米、779立方米的空間。 而280立方米級別擁有34噸的質量，這個質量顯然并沒有完全利用到全部空間。 以初始型號的神舟載人飛船為例子，前面的幾個型號的參數都差不多，全長8.86米，最大處直徑2.8米，總重量達到7790公斤。 也就是初始型號的神舟飛船體積大概是40立方米左右，平均每立方米約200公斤。 而體積280立方米的投射飛船，按照神舟飛船的體積重量比來計算，將達到56噸左右。 飛船專家想了想問道：“馬院士，不知道你們實驗飛船的燃料和死重是多少” “飛船本身的結構和設備是20噸左右，燃料和氧化劑是8噸左右，有效載荷為6噸，剩余空間約220立方米。”馬院士翻開筆記本回道。 “這樣嗎”飛船專家思考起來，一會之后，他開口說道： “考慮到投射飛船的速度進一步提升，我們必須增強飛船結構，不然飛船可能會因為無法承受太高的速度而解體。” “這個可能非常大，畢竟飛船在海拔60～100公里這一段距離之中，大氣密度依舊相對較高，必須增加隔熱層和強化整體結構。”黃豪杰贊同這個可能性。 “或許可以采用石墨烯、碳納米管和納米復合材料來制作飛船，以此減少飛船的死重。”李想建議道。 聽到石墨烯、碳納米管和納米復合材料，李仲庭連忙問了一個問題： “用這些材料，那飛船的整體造價會不會太高” 畢竟和納米、石墨烯、碳納米管這些名詞沾上邊的東西，一看就知道不是便宜貨。 “貴一些沒有關系，投射飛船本身就是要設計成可以重復使用的，我考慮投射飛船至少要可以重復使用一千次以上。”黃豪杰點開顯示屏，一個正六邊柱體飛船的模型浮現出來。 “一千次以上” 飛船專家和李仲庭等人感到壓力山大，就算是米粒家號稱可以重復使用上百次的航天飛機，五架航天飛機加起來還沒有一百次的使用次數，而且期間還有兩架光榮了。 要設計可以重復使用上千次的宇宙飛船，這個難度真的有點強人所難。 “我知道這個要求非常難，但是萬事開頭難，只要按照目標進行下去，辦法總比困難多。”黃豪杰說完，從飛船模型之中，點出一份報告發給所有人。 “這個報告，是銀河科技調查統計了全世界所有的航天事故，得出來的報告。” 眾人仔細的翻看起來，而作為航天局一方的人，他們當然要類似的研究報告。 事實上航天器最容易出現的故障是操作系統故障，主要是電子元器件在外太空之中，受到了宇宙射線的影響，老化和故障率急劇攀升。 無論是毛熊還是米粒家，他們的航天器就曾經多次出現控制系統故障，而導致事故的發生。 那么人造衛星、空間站等航天器受的輻射到底是什么？ 這要從上個世紀“太空競賽”開始說起。 1957年，老毛子發射了人類第一顆人造衛星Sputnik1。 作為跟進，米粒家在1958年也發射了其第一顆人造衛星Explorer1，這顆衛星上裝在了用來測量輻射劑量強度的蓋革計數器。 范阿倫在觀測到地球周邊輻射現象后發出了：MyGod！Spaceisradioactive（大意是：天哪！太空竟然是放射性的）的感慨。 因此，藍星周邊的這一輻射帶被成為VanAllenBelt（范阿倫帶）。 范阿倫帶分為內帶和外帶，宇宙射線或太陽風造成的帶電粒子在到達藍星時，在藍星磁場的作用下受到洛倫茲力作用，被束縛在藍星周邊。 內帶主要是帶正電荷的質子組成，外帶是帶負電荷的電子組成。 根據內外帶的大小，低軌道的衛星或者國際空間站都位于質子組成的內帶。 而像北斗或者GPS導航衛星等大都運行在較高軌道的衛星則更容易受電子組成的外帶影響。 在外層空間輻射對航天器的損傷是普遍存在的。 根據NASA公布的文件《SpacecraftSystemFailuresandAnomaliesAttributedtotheNaturalSpaceE女ironment（大意是：航天器系統失效和歸因于自然空間環境的異常）》介紹了1973年到1995年間100多宗因空間環境引起的航天器故障。 其中，1989年的強太陽風暴發造成了45顆衛星失聯。 另外，由于地球磁場的分布不均，地球不同上空的輻射強度也有所不同。 在南美洲南大西洋附近，有一塊地球磁場較弱區，由于磁場較弱，其對帶電粒子的束縛能力不強，導致質子更加靠近地球。 穿過該區域的低軌道衛星更加容易出故障。 約翰家的薩里衛星公司制造的UoSat衛星，就曾記錄了其穿越不同地球上空導致的異常，其在上述地球磁場較弱區域發生的異常數明顯更多。 如果考慮到太陽風，由于太陽風暴期間，其拋射的帶電粒子將嚴重影響范阿倫帶原有的平衡。 在此期間，衛星工作更易受帶電粒子影響。 拿北斗或者GPS衛星導航系統來說，2017年9月8日，太陽爆發了近年來最強的耀斑，其引起的電離層擾動嚴重影響地面導航儀定位結果，用戶的定位誤差比以往大了好幾倍。 那么，空間輻射怎么影響航天器安全的。 根據作用機理不同，大概可以分為3種。 第一種叫做“總輻射劑量（TID）”效應，現代電子大量采用場效應晶體管（MOS），而場效應晶體管的柵氧層易受電離輻射影響，當到達一定劑量時就引起器件失效。 第二種叫“位移損傷（DD）”，當高能粒子打擊晶格，會造成晶格內原子位置移動。 該項影響對衛星太陽能電池板影響最大，容易引起太陽能電池板效率下降，最終導致衛星供電不足。 第三種叫“單粒子事件（SEE）”，高能粒子在擊中邏輯電路時容易造成電路邏輯翻轉，如果運氣不好，會使其進入死循環。 那么各國是如何防止或者避免航天器可能受到的空間輻射影響？ 目前，對衛星、空間站上的設備一般采取加固。 比如，在“可編程邏輯門陣列”設計上，可以采用叫做三模塊冗余（ThreeModuleRedundancy）的技術。 就是使用3份同樣的器件表現進行表決，假設3份中不可能同時被打翻2份，以付出資源的代價換取系統的可靠性。 當然空間站也會采取特殊材料對空間輻射進行隔離減弱。 同樣對于在外太空執行任務的航天員，其穿著的航天服也是經過防輻射設計的。 上面說的都是饒地衛星或空間站的情況。 對于深空探測，比如2017年9月15日墜入土星的卡西尼號，或者是已經飛出太陽系的旅行者號，則更多地受宇宙射線影響，但是原理是相通的。 銀河科技帝國 第二百四十章 調研報告
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