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这间“充气房”比你想象的更靠谱 外柔内韧不怕“撞”

时间:2016年06月16日 信息来源:中国科技网-科技日报 点击: 【字体:


充气展开获得更大空间


利用有限的运载容积获得尽可能大的使用空间,对于载人航天尤其是运输代价高昂的载人深空探测意义重大。折叠运输、充气展开不失为一条有效途径。


此次毕格罗公司的充气舱使用合成纤维、液晶聚合物、陶瓷纤维等新材料制成,重量仅为1.4吨、发射时体积仅为3.6立方米,入轨后经过充气,可以在短时间内“长大”4倍多,形成一个长4.01米、直径3.23米、容积16立方米的“大帐篷”。


但是,面对真空高低温、强辐射的太空环境,特别是神出鬼没的流星体和空间碎片撞击,这个看似有点魔幻的“大帐篷”是否靠谱呢?


外柔内韧不怕“撞”


一般情况下,载人密封舱在空间环境下主要提供三方面的防护:温度防护、抗碎片撞击防护,以及辐射防护。常规的金属舱体在后两方面是有先天优势的,而温度防护主要是靠单独的热控包覆层来实现。


根据资料显示,美国宇航局此前在充气舱的防护设计上还是颇下“苦功”的。他们采用了多达20余层的材料,自外向内为充气舱提供了五级防护结构:温度防护层、碎片防护层、凯夫拉约束层(形状保持与强度加强)、密封气囊、内部防护(防刮、防刺等)。从设计上充分考虑了空间碎片撞击和舱内航天员操作可能产生的风险。而毕格罗公司正是购买了美国宇航局技术专利,在此基础上开展研究,因此我们可以推断,此次的太空舱应该也做了旗鼓相当的防护措施。


事实上,随着近年来软质防撞击材料的迅速发展,软质结构包括充气舱抵抗空间碎片撞击的能力也日渐成熟。比如,编织陶瓷织物、玄武岩纤维、芳纶纤维等,因其重量轻、强度高,已经作为加强防护层用在传统的金属舱体上,国际空间站就使用了带软质填充层的Whipple防护结构。


抗辐射“加强版”的设想


软质舱体主要的短板是在辐射防护上。在这块“短板”上,笔者认为,针对软质舱的特点,可以用披挂金属防护板的方法来加强其防辐射的能力。


也就是说,将金属防护板预先加工成可拼接的单元块,集中运输,人工或机械辅助操作将其披挂在已展开的软质舱外壁或内壁。这个方法加工和安装的精度要求不高,成本也远低于整体的金属密封结构。


若采用舱外安装,金属板对碎片撞击也有贡献,但缺点是需要航天员进行舱外操作,这种方式可能更适合于月球基地等场合。若在舱内安装,则操作简便不用出舱,但对碎片撞击无贡献。舱内操作的好处之一是灵活可调,可根据防护等级,在航天员睡眠区等部位优先或加强防护。


当然,即使是非“加强版”的软质舱体也用途不少。例如,它可作为空间站的设备间,安装对辐射不敏感且不需要人长期照料的设备,包括可以将噪声较大的设备在此类设备间隔离安装;作为储物间存放物资、备件等;作为垃圾站将待回收处理的垃圾进行存放或中转。另外,航天员还可以利用其透波的特性在那儿做一些特殊实验等。




(作者:王 翔 系航天科技集团五院空间站系统总指挥)
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