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松鼠的空天随笔

 
 
 

日志

 
 

和平号空间站的经验教训  

2013-01-15 20:51:20|  分类: Discuz |  标签: |举报 |字号 订阅

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作为人类历史上第一个长期有人驻留(Permanent Space Station)的大型空间站,和平号空间站无疑是人类载人航天发展史上的一块丰碑。和平号空间站具备人员轮换、货物补给和轨道维持功能,是人类历史上第一个百吨级大型多舱段多对接口的大型空间站。现在的ISS虽然技术上更先进,但意义上就要差多了,以至于有人调侃说:和平号空间站证明人类能建造百吨级空间站,证明人类可在太空长期生存,国际空间站证明人类能建造几百吨质量的空间站...
不过作为人类第一个大型永久性空间站,和平号在建造和运行过程中也出现了大量问题,当年我国曾总结其经验教训,我把那些文字抄上来,其中有些是年年讲月月谈的话题,有些则比较出乎意料,这些经验教训,对于国际空间站尤其是对于我国空间站的设计和建造运行,无疑都是大有裨益的。
我国专家曾撰文写道,和平号主要有7个问题:
1.供电不足
这是多模块组合式空间站的一个通病,由于各模块太阳翼的遮挡,损失了大量电力。俄罗斯官员曾表示高达40%的理论输出功率由于遮挡而丧失。雪上加霜的是,和平号空间站的电力系统的管理和分配设计不合理,它的各个舱段模块设计上独立供电,为此不得不在空间站内铺设新的电缆,以合理有效的在各舱段之间分配电力,但分布式发电的原始设计,还是制约了电力调配的水平 。国际空间站就改为集中供电,通过桁架上的大型太阳翼发电,统一分配到各个舱段。从目前设计看,我国的空间站既使用了大型太阳翼,核心舱也有独立发电的太阳翼,总体上说还是适合我国国情的。
2.天地往返运输能力不足
这既有俄罗斯国情的问题,也是一次性运输工具的无奈。1990年代俄罗斯经济极为困顿,无法维持足够的发射频率,导致人员尤其是货物运输受到极大的限制。不过话说回来,这也是俄罗斯飞船技术老旧的无奈,联盟只能运输3人,进步飞船只能运输2吨多货物,百吨级空间站需要的物资有些勉为其难了。国际空间站相对就好得多,有航天飞机携带MPLM一次最多运9吨货物,航天飞机退役前后还有ATV飞船一次最多运8吨,HTV一次6吨多,不过美国的COTS/CRS就要差得多。载人方面,美国新飞船载人普遍4~6人,相对联盟飞船相对缓解了紧张状况。我国空间站首先有足够的财政支持,其次也发展了货运能力6吨的货运飞船,既然空间站长期维持3人,神舟飞船也够用了。
3.姿控系统设计不良
这个我最初真的没留意到,和平号空间站最初只考虑了对称构型下的姿态控制,所以不对称的时候不得不频繁启动姿控系统,浪费了大量燃料,这是极为Orz的错误,没想到研制发射了那么多卫星、飞船和空间站的苏联人居然犯了,真是OTZ。ISS和我国空间站设计上都不会再犯这样的低级错误了。
4.自动对接系统经常出问题
这个是俄罗斯特定时期的问题,1990年代这群穷鬼干啥都出错,不过我国当时也好不到哪里去。现在俄国这种错误少多了,我国除非遭遇类似的经济崩溃,否则对接系统频频出错是不可能的。
5.空间站设备陈旧
苏联时代和平号不过是个过渡的,新的和平2号Mir-2已经开始设计了,和平号设计寿命6年,最终运行了13年,设备能不出问题么。不过这也有1990年代俄罗斯维护不及时的问题,毕竟国际空间站上的曙光和星辰号,都已经十多年了,还没有太严重的事故。这个问题国际空间站将来会很严重,曙光是1998年上天,节点舱团结号也是1998年,星辰号和P6桁架(包括一副太阳翼,太阳翼设计寿命15年)是2000年,命运号和加拿大机械臂2以及联合号气闸舱都是2001年,这些舱段尤其是俄国舱段,设计寿命并不长,原定2014~2015年退役时就已经比较老旧了,推迟到2020年将来大大小小的问题估计少不了,如果推到是2025年甚至2028年,天知道曙光和星辰号会出啥故障,美国人的命运号和加拿大人的机械臂,也都不乐观。我国空间站设计寿命10年,不出意外的话会延寿,估计延寿的话也会有类似的问题,不过那是2030年后的烦恼了
6.空间站与地面联系不畅
苏联和俄罗斯的中继卫星一直有问题,俄罗斯地面站少控制时间太短,不过国际空间站没问题,美国人的TDRS提供的通信能力是可靠有效的,我国的天链干脆是载人航天的配套工程之一,也没有这样的问题。
7.空间站上振动大
当时总结这个问题是由于和平号设计陈旧,实验设备多振源多,结果影响了材料科学的相关试验。不过呢,去年曾看到国际空间站的总结,提到噪声严重超标,看来振动问题还是解决的不太好,我国空间站设计中,可要多加注意了。不过反过来看,如果2020年我国大型空间站的振动和噪声问题能解决的很好,将成为无可取代的空间实验平台,期待如此吧
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