经过这么一顿猛如虎的操作下来 , 卫星也好 , 飞船也罢 , 都顺利进入环地球轨道了 。
490N(牛)轨道控制发动机
这里以我们的“太空重卡”天舟货运飞船来举例 , 天舟系列货运飞船主要用于对中国空间站在轨运行期间 , 提供补给支持 。 天舟货运飞船发射质量约13吨 , 最大可承运6.9吨上行补给物资 , 载货比高达5.1 。
在整个天舟货运飞船上一共有安装了36台发动机 , 其中包括4台轨控发动机(位于尾部的4台490N轨道控制发动机)在抬升货运飞船轨道和变轨的过程中 , 需要靠这4台大功率的发动机来实现 。
490N发动机
而飞船上的这种490N发动机 , 使用的是双组元推进系统 。 该发动机的推进剂为四氧化二氮(N2O4) 和甲基肼 , 其真空推力为490N , 主要用来进行轨道调整 , 比如爬高 。
氮气推进
早期的卫星 , 由于推进技术还不成熟 , 多使用高压冷气推进 , 而这里的冷气主要是氮气 。 不仅是卫星 , 其他航天器比如前苏联的“东方一号”载人飞船、美国的“空间实验室”也用到了冷气推进 。 冷气推进的优点是安全可靠 , 无污染 , 但是推进动力小 , 性能低下 。 目前我国有一小部分卫星依然还在使用高压氮气推进方式 。
加加林乘坐的东方一号 , 黑色的圆球就是高压氮气瓶
姿态控制发动机RCS
飞船或卫星上的主发动机 , 主要作用是干\"体力活儿\"的 , 只能在一个方向上提供较高推力 , 不适合干一些精细活儿 。 因此当飞行器调整姿态 , 比如转身 , 或者交汇对接时 , 就不能使用主发动机了 。 这时就需要用一些特殊设备 , 微调航天器的姿态和速度 , 也就是RCS系统 。
RCS系统喷流
RCS是一些布置在航天器四周 , 拥有多个喷口的设备 , 但它们的个头都很小 , 因此不太引人注意 。 由于不同喷口的开启能随意控制 , 从而可以借助不同喷口之间的配合 , 给航天器改变姿态提供动力 , 让航天器可以指向任意方向 , 并在任意方向上加减速 。
RCS本身也有细分 。 由于对接过程是循序渐进的 , RCS也有大小两种推力设计 。 当姿态改变较大时就用大推力 , 反之就用小推力 。
以神舟飞船为例 , 粗略姿控系统有150N的推力 , 精确姿控系统只有5N 。 而且粗略控制喷口只有8个 , 精确控制喷口有16个之多 , 更精细 。
天舟货运飞船的姿态控制发动机
中国空间站“天和”核心舱 , 带有4台轨道控制发动机 , 也就是主发动机 , 还有22台姿态控制发动机(RCS) , 另外还有4台霍尔电推力发动机 , 作为辅助 。 总共30台发动机 , 可以精确控制几十吨重的大家伙在太空中调整姿态、改变轨道 。
喷出的是啥?
卫星和航天器上是“寸土寸金”轨道控制火箭需要较大推力那没办法 , 使用2套系统的混合燃料也必须用 , 但姿态控制RCS作为迷你火箭 , 必须把结构和可靠性都做到极致 。 一点多余的空间和重量都不能浪费 , 所以用一种燃料一套系统能做到的绝不会用两套 。
有些液体 , 平常相对稳定 , 但在催化剂的作用下会迅速分解 , 产生热量和气体 。 比如过氧化氢 , 在铂催化剂的作用下可以迅速分解成水蒸气和氧气 。 因此只需要使用一种燃料就能满足需求 , 它就是第一代RCS燃料 。
但是过氧化氢燃料推力比冲低 , 携带重量大 , 所以也不是很理想 。 后来出现了联氨推进剂 。
比如我国的神舟系列 , 使用的单组元推进剂是【肼】 , 也叫联氨 , 相比过氧化氢 , 比冲更高 , 能长期储存 。 但这种物质需要特殊的催化剂 , 想研制高效催化剂 , 那可是一个庞大的课题 。
催化床
还有一种ADN推进剂 , 是20世纪70年代由前苏联合成出的一种高能量密度的材料 , 是能量密度高 , 不含卤素的白色结晶物 。 ADN推进剂由61%的ADN剂料和26%的水和13%的甘油混合而成 。
再后来在美国NASA执行的一项“先进的单元推进剂计划”中因羟基推进剂具有冰点低、密度比冲高、安全无毒的特点且在常压下不敏感存贮安全无着火与爆炸的危险可减少运输和贮存的安全性管理要求因而被NASA作为新一代的无毒单元推进剂进行研究与试验 。
硝酸羟铵本身为固态、富氧的推进剂其分子式为NH3OH·NO3 。 它和燃料可一起溶解在水中形成比较稳定的混和物——羟基推进剂不产生有毒蒸汽也无致癌危险 。
推荐阅读
- 神舟15号航天员名单已确定,邓清明坚守24年,终于“圆梦太空”
- 2003年,杨利伟在太空听到诡异的“敲门声”,13年后谜底才被揭开
- 神舟十五号发射与空间站对接后,神十四能留一名航天员在天宫吗?
- 在太空遇难的宇航员,遗体为何不能运回地球?看完很心酸也很无奈
- 神舟十四号将返回,航天员们的身体有哪些变化?看完让人心疼
- 如何证明地球在自转?一根绳子上吊个球,有趣的现象发生了
- 来自其他星系的信号,正在高速接近地球?
- 细看我国月球科研站方案,除了有地方种菜之外,还有太空核电站?
- 神舟15号载人飞船发射时,航天员心率为何只有59—66次/分?