和平号空间站|中国空间站构型:简洁不仅美,更是安全( 三 )


这样做虽然增加了逃逸的重量和机构以及动作复杂性 , 但保证了每次返回时处于高温迎风面大底的安全可靠 。 权衡利弊后取舍 , 代价是值得付出和可以接受的 。
航天器构型原则三
保障重要设备在轨工作
天线、帆板、敏感器等重要设备 , 需要视场无遮挡 。 因此 , 在航天器的构型设计中 , 这些设备应当被布局在航天器几何外形的端部或者其他对天、对地、对目标可视、无遮挡的部位 , 以便于设备的展开及工作 。 这是对航天器构型的硬约束 。

和平号空间站|中国空间站构型:简洁不仅美,更是安全
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神舟十二号飞行任务航天员乘组在空间站天和核心舱内
载人航天器还要为航天员和大型设备创造好的工作条件 。 因此 , 空间站上的密封舱通常采用大尺寸圆柱形作为主体构型 , 好为航天员提供尽可能大的有效活动空间 , 也可容纳大型试验设备 。 国际空间站甚至打破常规 , 以突出于舱段外表面、近似阁楼的形式设计了Cupola穹顶舱 。
今天 , 这个“阁楼”是航天员喜欢待的观察地球的“全景窗” 。 又因其突出于主结构之外 , 对空间站自身的观察条件也远优于普通舷窗 , Cupola舱在来访飞行器对接空间站时也被用作站上飞行工程师观察和辅助机械臂操作的工位 。
空间站特有的建造方式
让三大原则更复杂
空间站由多个飞行器或结构件拼接而成 , 既要设计单个飞行器的构型 , 又要统筹在轨组合的整体构型;既充分考虑站本身 , 还要顾及来访飞行器各种可能的对接形式 。
对照前文所述三项原则以及空间站作为多舱段组合体的特殊性 , 人类历史上的空间站有什么代表性的构型?这些构型成功吗?
苏联的和平号空间站 , 世界上第一个采用多模块积木式构建方式的长期性空间站 。 整个空间站化整为零 , 各舱段功能各异、分期发射 , 在轨进行装配 , 逐步扩展空间和功能 , 达到了单舱空间站无法企及的规模和能力 。 组成和平号的每个飞行器都有独立飞行的能力 , 对接组装后拥有既可独立、亦可并网的电源 。 各舱段通过节点舱连接 , 最终的组合体构型呈辐射状 。
和平号以多舱组合体提供了足够大的设备安装空间 , 通过分期上行配置了再生式的生保设备 , 解决了多种科学实验及乘员长期驻站的需求;辐射状构型保持了对称紧凑的质量特性 , 且不影响交会对接和在轨飞行控制 , 进而保障了舱外天文和对地观测设备的工作 。
但是 , 部分在单舱段阶段正常工作的设备进入组合体状态后 , 工作受到了影响 。 影响最显著的是帆板 。 由于辐射状舱段的相互遮挡 , 无论何种姿态下帆板的总受晒率都不高 , 导致整站的发电效率降低 。 有资料表明 , 由于相互遮挡 , 和平号组合体的帆板共损失了40%的发电能力 。 与帆板的工作条件类似 , 用于各舱段散热的辐射器也因为几何遮挡而效率降低 。

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