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中国空间站寿命最长多少年?寿命到期会重新打造空间站吗?

十万个为什么 空空 2024-3-21 08:17:26 2次浏览

关于问题中国空间站寿命最长多少年?寿命到期会重新打造空间站吗?一共有 2 位热心网友为你解答:

【1】、来自网友【星辰大海路上的种花家】的最佳回答:

中国空间站寿命有多久?建成后究竟能用多少年?到期后会重建吗?

2022 年 10 月份,梦天实验舱将在海南文昌南航天发射场被发射升空,届时我国天宫空间站“一期工程”将完毕,一个 T 字形的空间站将展示在近地轨道上。

然而就在 2022 年 2 月 1 日,NASA 宣布在 2031 年 1 月的某个时间点,国际空间站将退出现役,受控坠入南太平洋尼莫点!从 1998 年开建到 2011 正式建成,再到 2031 年退役,总共历时 23 年,那么我国的天宫空间站寿命又有多久呢?

天宫空间站:从开工到建成,只用了两年

中国的天宫空间站是近地轨道上第二个空间站,目前还在正式建设中,到 2022 年底全部建成后将会有核心舱、连个实验舱以及两艘货运飞船和一艘载人飞船、呈 T 字形的空间站,总质量大约在 80~100 吨之间,规模约为国际空间站的 1/4。

天和核心舱全长 16.6 米,重约 22.5 吨,能为三名航天员提供生命支持和生活,并为空间站提供引导、导航和定向控制,另外还有轨道维持与变轨发动机,在舱内还有厨房和卫生间、消防设备、大气处理和控制设备、计算机、科学仪器的实验柜等。

问天实验舱舱体总长 17.9 米,直径 4.2 米,发射重量约 23 吨,是我国目前最重、尺寸最大的单体飞行器,除了大量实验柜以外,它还是核心舱的备份,包括动力以及冗余的控制系统,另外在问天实验舱内还有能供 3 人生活与睡眠区。

梦天实验舱总长 17.9 米,直径 4.2 米,总质量 20 吨左右,该舱段主要面向微重力科学研究,配置了流体物理、材料科学等多学科方向的实验柜,支持开展重力掩盖下的材料凝固机理等物质本质规律研究以及超冷原子物理等前沿实验研究。

除了这些舱段外,还有来运送货物的 1-2 艘天舟货运飞船,至少 1 艘最多可能有 2 艘神舟飞船(2022 年 12 月将会同时停靠两艘载人飞船)。

目前在轨工作的航天员总共有三人,分别是指令长陈冬、航天员蔡旭哲和‎刘洋,他们是 6 月 5 日搭乘神舟十四号飞船发射升空的,预计将在天宫空间站上停留半年左右,与 12 月份抵达空间站的神舟十五号航天员在轨轮班,双方将在空间站内一起工作 7~10 天。

天宫的轨道参数几何,如何观测天宫?

天宫空间站的近地点高度: 378 km,远地点高度: 386 km,轨道倾角为 41.4724°,估计大部分网站给出的就是这个数据,但事实上光有这个数据是不够的,因为当你抬头寻找天空中的天宫空间站时还需要更多的数据,这就是两行式轨道根数:

1 48274U 21035A 22244.14029550 .00007447 00000-0 86698-4 0 9999 2 48274 41.4724 116.2734 0005795 233.9014 263.6072 15.61976068 76649

这是一种轨道编码方式,用于确定给定历元时刻下,绕地运行空间目标的轨道根数。使用合适的预测模型,可以以一定精度估计出目标在轨道上任意一点的位置和速度。怎么解读就不解释了,这个有点复杂,只要知道这个数据可以推测出任意时间的轨道数据即可。

不过可以根据这个来查两个简单的数据,一个是空间飞行器目录编号 48274,另一个是国际卫星标识符 2021-035-A,其实两个知道一个即可,用这个数据就可以在多个卫星数据库里查询天宫的过境事件:

上表是以上海市中心为观测点的可见过境事件,我们随便选择一个观测时间,比如 9 月 17 日的这次,最高星等亮度达到了-2.3 等,可见时间长达 4 分 27 秒,最高观测角度为 84°,几乎就过天顶了,在星图上的位置是:

从西南的双鱼到白羊座,再到英仙和御夫座,最后从东北的小狮座离开,其观测时间与各个参数如下:

有空的朋友可以留意下,有了卫星编号,各位也可以试着查询下自己所在的位置什么时候能看到天宫过境。

天宫空间站的建设回顾

一一叙述太啰嗦,就用一张表来代替吧:

到 2022 年底,一个基本完工的天宫空间站就将展现在大家的眼前。

中国空间站寿命最长多少年?寿命到期会重新打造空间站吗?

就像国际空间站一样,天宫也有一个轨寿命,它受到多个因素影响,其中最重要的一个就是轨道衰减,这个问题需要不断维护。

轨道衰减:如何维持轨道?

各位有所不知的是天宫空间站轨道是需要维持的,因为存在稀薄大气分子的阻力,也因为太阳活动时可能会让磁气圈膨胀(当年的天空实验室就是因此轨道衰减大幅提前),这些都会造成阻力增加而轨道衰减,因此像国际空间站这样每年需要大约消耗 7.5 吨燃料来维持轨道,是不是一个很可怕的数字?

国际空间站装备的是肼类燃料,好用但这是化学燃料,消耗量有点大,天宫空间站装备了肼类燃料和离子发动机两种,前者和国际空间站没什么两样,而后者用的则是 LHT-100 型霍尔氙离子电推,总共用了 4 台,推力 80mN/台,消耗的推进剂是氙,另外还有近地轨道上“取之不尽”的太阳能电力,这个发动机比较“省油”,可以长期维持在轨。

不过要是失去维护的话,天宫也将在 1~2 年内坠入大气层,这个可是很现实的,而这些燃料都需要用火箭送上去,每千克单价大概是上万美元,所以没钱千万别玩空间站,忒局!

太空垃圾:如何躲避

除了轨道维持外,还有太空垃圾近接事件,比如各位去查询过境时间时还可以查询一个近接事件,也就是某个太空垃圾或者其它卫星意外接近空间站的事件,万一有太空垃圾或者失控卫星靠近空间站,那么必须启动发动机变轨避开,当然这会离子电推不够了,需要化学火箭发动机:

比如 9 月 2 日就有一个编号为 48274 的卫星 SKYSAT C19 接近空间站,最小距离 2.459 千米,高度差 1.083 千米,相对速度 6.372 千米:

变轨同样需要燃料,也需要人工监测维护,假如没有维护,指不定哪天就被一个不长眼的太空垃圾给击中了,所以轨道维持和太空垃圾监测可是一项持续工程。

设备逐渐老化:国际空间站前车之鉴

从 1998 年第一个舱段曙光号部署,到 2011 年基本罗成,国际空间站已经过了 13 个年头,所以此时的国际空间站上第一个舱段寿命都已经过半了,而俄罗斯则认为 2024 年就是最早发射的几个舱段的寿命期,俄罗斯航天局准备在 2024 年后放弃国际空间站另起炉灶建设 ROSS 俄罗斯空间站了。

而从开建以来,国际空间站也发生了多次“险情”,尽管不是特别严重,甚至还夹杂着美国宇航员的故意破坏行为,但这也表示,国际空间站的红利正在快速消退,而未来的各种故障事件将会大幅增加。

从 2017 年以来,国际空间站发生多起漏气以及出现裂纹等事件,还有饮水设备损坏,出现异味也不在少数,至于设备损坏,马桶堵塞同样也出现多次,另外需要引起重视的是国际空间站在 2021 年 5 月 12 日一次检查中发现了拿大的机械臂 Canadarm2 臂杆上有一个小孔,不确定是太空垃圾撞击还是微流星撞击,如果撞击点位于外壳或者某个关键位置,那么将可能发生更严重的后果。

国际空空间站消耗多少资金

国际空间站的费用原计划预算为 500 亿美元,其中包括美国的研制费用 276 亿美元,欧洲航天局 36 亿美元,日本 35 亿美元,俄罗斯 30 亿美元,加拿大 10 亿,另外还有轨道组装费用 110 亿美元!

但从 1998 年建设到 2018 年为止,加上运营总共已经消耗了 1600 亿美元!未来每年运营的费用约为 30 亿美元/年,看来空间站运营真的是个无底洞。

从国际空间站(ISS)的案例我们也可以看出 ISS 遭遇的问题我们也会碰到!中国空间站设计在轨飞行 10 年,具备延寿到 15 年的能力!我们正在建设中,未来还有很长的红利期,而且由于我们的精心维护,相信天宫空间站一定会比国际空间站寿命更长。

比如国际空间站从 2011 年建成开始到 2031 年,即使按国际空间站的寿命计算,那么未来也将使用到 2042 年,当然也有可能更久!

空天飞机:未来的不再是管状空间站

相信大家一定会有个疑问,天宫寿命到了我们会建设新的空间站吗?答案可能会提早建设,理由也很简单,在未来 10 年内,我国将有一款空天飞机投入使用,它的运载成本将远低于目前的运载火箭。

甚至有专家表示,空天飞机投入使用后可以将近地轨道的运输成本降低到 500~1000 美元,到那时,开建的不再是目前像管子那样连接起来的空间站,而是一个巨型环形空间站!

【2】、来自网友【环球科学猫】的最佳回答:

10 年,15 年,中国空间站不能“可持续”永久使用?必须重现建设?

按照公布的情况来看,中国空间站设计在轨飞行 10 年,具备延寿到 15 年的能力!但最终与国际空间站的命运一样,也会面临到寿命“终结”的一天。只不过,这并不意味着就没有办法改变这一切,或许我们依然可以“持续性”使用空间站,根本不需要停止下来。

为什么这样说呢?那就是随着中国在空间站上的技术提升,未来或许并不需要将其摧毁掉,而是可以进行持续性地运用下去,只不过,这个过程相对来说比较漫长,让横多人看上去可能也比较离谱。

同时,如果按照设计的年限之中,进行对空间站很好的维护,那么它的寿命年限可能会更久,有什么措施呢,到了 15 年之后,我们如何保证“可持续性”使用,我们就来看看。

中国空间站

中国空间站是中国独立建设的空间站。而且是除了国际空间站之外,唯一一个具有实力,单独建设空间站的国家,其他任何一个国家都没有这个实力。

所以,我们时常都在说,未来中国空间站将可能成为全球唯一的空间站。其他国家要在空间站之中执行相关的任务,必须要申请加入中国空间站才行。

当然,我们已经看到了——在首批科学实验项目征集之中,全球已经有 17 个国家加入了中国空间站了,包含了:瑞士、波兰、德国、意大利、挪威、法国、西班牙、荷兰、印度、俄罗斯、比利时、肯尼亚、日本、沙特阿拉伯、墨西哥等 17 个国家。而美国在项目申请之中被拒绝了,主要是自己项目不符合要求。

所以,这说明中国空间站已经是对外开放申请了,未来还可能有更多的国家加入中国空间站。

然而,中国空间站就如大家所使用的汽车一样,在使用一定年限和里程后要报废一样,空间站也没有永久寿命,只要使用,只要有人居住、工作和进行科学实验,就会有损耗。所以,我国空间站在建设的初期标准就是——在轨飞行 10 年,具备延寿到 15 年的能力。

然而,就算是有这个时间界限,也并不意味着就没有办法突破,或者说就没有办法改变最终被报废的这个局面。

其实我们也是可以“永久性”、“不间断”地将空间站运用起来,只是这种想法是比较极端化,在很多人看来可能会说这真的是太“可笑”了,大家可以看看行不行。首先看看,如何将空间站的寿命延续更长。

如何将空间站运用更久?

上面我们也说了,只要空间站在使用,那么就存在“消耗”的情况,我们只能够尽量将其使用寿命延续更长。从空间站的一个结构来看,影响天和核心舱舱体主结构长寿命的因素主要有疲劳损伤、意外损伤和腐蚀三种模式。

疲劳损伤,顾名思义就是在轨后长期受到内压、温度变化以及大部件运动的作用和影响。

就比如我们的汽车,在使用久了之后,内部空间就会出现明显的损伤。就算是不是损伤,那也会带来一些磨损等情况,所以这是必然的。

而意外损伤,主要是来自空间站运行过程之中,受到外界环境影响较大。例如:在我们的太空之中,存在流星,卫星碎片等威胁,一旦出现了撞击的可能性,就算是极小的碎片都可能带来较大裂纹,从而引起舱体开窗、撕裂等灾难性事故。所以,这也会影响空间站的运行状态。

腐蚀主要是由于密封舱内环境温度变化、湿度变化等因素,舱体主结构面临腐蚀的风险,这个是难以避免的,因为有人在空间站之中执行任务,有活动情况。

而为了减少这样的影响,我国已经采取了对空间站上的材料改变,从抗腐蚀、抗疲劳、抗断裂三个维度进行了综合分析和评价,从材料选择、结构设计、构型、参数设计等方面进行了科学优化的设计,并从材料到构件到舱段都进行了仿真验证,以确保寿命。

所以,我们率先就说明了预计在轨飞行 10 年,具备延寿到 15 年的能力。这相当于是在建设之中,已经在提升空间站的寿命了。

那 15 年之后,需要重新建设空间站吗?

当然,看了上面的说明,那也说明了中国空间站的可能使用的年限也会超过 15 年,而这个 15 年也是一个预计数据。

同时,如果真的中国空间站有 15 年的寿命,但是也并不意味着没有办法改变这一切,中国空间站依然是可以改变这一切,因为中国空间站具有“维修方案”。

比如舱体结构密封圈、壁板、各种阀门、各种管路等,都在可靠性和长寿命方面进行了巧妙的设计,只要出现了问题,那必然就可以进行更换。

那说大一点,那就是如果某个舱位的确是没有办法使用了。我们也不用报废所有的舱位,直接将其更换了就行。

而且,空间站组建的舱位所使用的“寿命”肯定不一样,这个时候,我们就可以一个接一个地对可能存在问题的空间站舱位进行更换。最终,将所有无法使用的空间站舱位全部更换完。那这样中国空间站就可以持续,永久使用下去了。

所以,15 年之后,我们就可以采取这样的方式,将空间站的使用延续更长时间,那么也不会失去对空间站的利用,可以“持续性”使用空间站。

当然,这可能会让很多人说,这跟重建“空间站”并没有什么区别,的确区别不大。但是有一个点是不一样的,就是我们不会失去对空间站运用的任何机会。如果等待 15 年后,将空间站摧毁,再来重新建设,那么这个时间段就没有办法用,就没有办法进行科研。

而我们就是在使用过程之中,就进行各个舱位段进行更换,那么就不会失去中间一部分的使用时间。所以,本质上一样,但是还是存在一定的差别。

当然,如果这种方法是不可行的话,寿命到期,我国会重新建造空间站吗?

这个就要看中国空间站产生的价值有多大,如果很大的话,那必然会重建,如果觉得这个价值低的话,那也不会建设了。

这个问题需要根据未来的太空发展的需求来衡量才知道。所以,中国空间站未来怎么走,那这个需要国家来决定,并不是大家呼吁建设就建设,大家说不建就不建了。如果作为发展目标,那么未来依然可能大概率持续建设。

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