太空驾校欢迎你

2022-05-30 10:48Spartan117
小哥白尼·趣味科学画报 2022年8期
关键词:交规人造卫星驾校

Spartan117

欢迎来到太空驾校。暑假在家百无聊赖的你,是不是想考一本初级太空驾照?我向你保证,你来对地方了!

还等什么?跟我上车哦不,上卫星吧!咱们的初级驾驶课程,就从“开卫星”开始!

科目一:基础理论学习

“太空交规”第一条:“车道”有禁区

在公路上开汽车,分的是快车道、慢车道;在太空中“开卫星”,分的是高轨道、中轨道、低轨道。千万别以为太空很大,“车道”可以随便选。要知道,地球上的车道有最低限速,太空中的轨道也有最低高度——人造卫星飞得再低,也不能低于100千米这条红线。因为越靠近地球,大气密度越大,会给卫星带来很大的阻力,导致坠落或烧毁!

先牢记这性命攸关的第一条太空交规,我们再继续学习该怎么选择“车道”。

太空交规”第二条:“车道”别乱选

低轨道

千万别以为低轨道相当于公路上悠闲的慢车道—恰恰相反,包括人造卫星在内的大部分航天器都在这里扎堆,而且它们比其他轨道的卫星飞得更快!再加上国际空間站和中国空间站这两个大家伙也常驻在低轨道,对于新手,我不建议你在这里“练车”。

中轨道

中轨道虽然不像低轨道那么火爆,但也算热门,导航卫星、通信卫星都可以在此发挥作用。在我国自主研发的北斗三号全球卫星导航系统中,有24颗卫星在这里运行,而其余的6颗,就要到接下来的高轨道去寻找它们的身影了—那里也将是你这个初学者的“练车场”。

高轨道

来到离地球最远的“车道”,你能感受到的绝不只是“车速”变慢了。高轨道中名气最大的是地球同步轨道,这里的卫星公转周期与地球自转周期完全相同。而完全处于赤道上空的那条地球同步轨道,卫星会与地球保持相对静止,因此这条特殊的轨道又被称作地球静止轨道。由于地球静止轨道上的卫星信号更加稳定,所以这里也是通信卫星和导航卫星扎堆的地方。咱们“练车”,还是避开它们,选一条冷门的路线吧。

“太空交规”第三条:先到先得

如你所见,太空看似很大,轨道资源却很有限,一些能够提供较好观测角度与通信频率的轨道,往往会成为人们争夺的目标。如果同一条轨道上运行太多的卫星,就容易发生“太空交通事故”。所以,按照“太空交规”,轨道资源实行“先到先得”原则。也就是说,只要你选好一条“车道”开始“练车”,无论前方还是后方,都不会有人来打扰你了。

科目二:入轨试运行

想去咱们选定的“车道”里“开卫星”?那你得先学会给卫星加“油”。就像驾驶汽车离不开油门和刹车一样,“驾驶”人造卫星离不开推进器的帮助。在通往正确轨道的路上,每一次变轨都依赖推进器提供推力,期间消耗的燃料量必须提前通过精密计算,设定好程序。如果计算或操作出现偏差,就有可能因燃料不足而无法进入正确轨道,导致发射失败。总之,这比开汽车变更车道复杂多了。

咱们在前面提到过,越低的轨道,卫星飞得越快。所以,你在“开卫星”时,如果想体验风驰电掣的感觉,可不能按照在地球上开车的思路去操作——当你沿着卫星运行的方向加速推进,反而会将卫星推入更高的轨道,最终降低轨道速度。让卫星加速的正确方法是:反向施加推力,让它掉落到更低的轨道。

科目三:紧急避障

轨道千万条,安全第一条。小行星、太空垃圾都可能威胁到航天器的安全。对于体积较小的人造卫星,被撞击的概率还不算太大,但对于庞大的空间站,就不得不多加小心了。为此,本驾校特地为你提供了附加科目,教你躲避危险。

紧急避障说起来其实很简单,只要用推进装置调整姿态,躲开来袭的物体就行了。目前,调整姿态主要有三种方式。

1.冷气推进:

给航天器安装储气瓶,充入高压氮气或氦气,通过气体喷出时产生的反作用力实现姿态控制。

2020年,我国科研人员攻克了微牛级变推力冷气推进技术,让推力能够精确到0.1微牛(相当于1毫米长的头发丝产生的重力)。

2.化学能工质推进装置:通过燃料燃烧产生的化学能进行推进,是应用最广泛的推进方式。

3.电推进:电推进是目前最先进的推进方式。中国空间站采用的霍尔推进器通过电场抛射离子进行推进,是电推进中最先进的一种。

2021年,中国空间站曾两次因为星链卫星的逼近,不得不采取紧急避碰措施,进行姿态调整。

如果你听课认真,相信此时已经能轻松通过以上三个科目的考核了。那么,在授予你初级太空驾照之前,容我再叮嘱一句:无论在地球上还是太空中,安全行车永远是第一位的。你说对不对,年轻的太空初级驾驶员?

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