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小時候，我們在動畫片里看到了太空船。
長大以后，我們從科普片里了解外國的宇宙飛船。
今天，我們希望用這篇文章告訴你中國自己的載人飛船--“神舟”五號的秘密，解開這個目前中國最熱門機(jī)器的三個問號。
為什么艙內(nèi)四季如春？
載人航天器從起飛到返回地面的整個過程中，都會經(jīng)歷十分嚴(yán)峻的冷熱環(huán)境，不斷遭受太陽光的強(qiáng)烈輻射，地球及其他天體的陽光反照，紅外輻射以及空間高能粒子輻射，微流星撞擊等空間環(huán)境的綜合作用，處于一種高低溫度急劇變化的環(huán)境中。
“神舟”五號與所有載人航天器一樣都要進(jìn)行嚴(yán)格的熱設(shè)計(jì)，以保證航天員生活在一個舒適的艙內(nèi)溫度環(huán)境，使航天員處于最佳的工作狀態(tài)，并為艙內(nèi)儀器設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)提供正常環(huán)境。一般來講，載人航天器的溫度保持在20攝氏度左右較為適宜，“神舟”五號艙內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為17攝氏度，真正讓航天員有如坐春風(fēng)的感覺。
那么，“神舟”五號是如何做到這一點(diǎn)的呢？首先在密封艙的外壁設(shè)置有一個特殊的隔熱層，這個隔熱層的作用是降低外部熱流和內(nèi)部向外漏熱的波動對艙內(nèi)大氣的影響，減少艙體結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差。其次，“神舟”五號飛船還設(shè)有被動溫控和主動散熱兩套熱控制系統(tǒng)，前者主要有空間輻射散熱器、隔熱層以及外表面的涂層等；后者主要包括艙內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)，各種流體傳熱、散熱回路、各種散熱器和流體傳輸泵。此外，飛船還設(shè)有一些輔助散熱系統(tǒng)，在熱負(fù)荷達(dá)到最大值，系統(tǒng)不能正常滿足散熱要求時使用，確保密封艙內(nèi)在任何時刻都能保持春天般的溫度。
為什么白天發(fā)射？
用運(yùn)載火箭發(fā)射航天器，不是任何時候都可以進(jìn)行的，有年份、月份、日期和時刻的選擇。比如，哈雷彗星以76年為周期回歸，哈雷彗星探測器應(yīng)選在彗星回自太陽的幾個連續(xù)年份中發(fā)射；有些航天器必須在某日內(nèi)某個時刻到另一個時刻內(nèi)發(fā)射，這個時間段被稱為“發(fā)射窗口”。
對于“神舟”飛船來說，選擇一個最佳“發(fā)射窗口”，必須考慮4個方面的因素：第一，要保證飛船的太陽電池帆板有足夠電源。飛船發(fā)射上天后，要保證各種儀器設(shè)備正常工作，需由太陽電池帆板供應(yīng)充足的電源。太陽電池帆板在太空展開后，有一個起始位置，如果陽光垂直照射在帆板上，就會產(chǎn)生足夠的電能；非直射狀態(tài)下，太陽電池帆板效能就會降低；第二，要考慮飛船控制系統(tǒng)對發(fā)射窗口的要求�！吧裰邸憋w船自主飛行階段飛船控制系統(tǒng)使用紅外地球敏感器，由于地球溫度比較高，安裝在飛船上的地球敏感器的紅外光線很容易發(fā)現(xiàn)并對準(zhǔn)地球進(jìn)行測量，但是如果有太陽光照射到紅外鏡頭或視場，就會產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致儀器出現(xiàn)故障。為保證紅外地球敏感器的正常測量，需要避開太陽光的輻射影響并選擇一個合適的角度；第三，要保證飛船溫控適度。飛船在太空運(yùn)行會受太陽輻射影響，太陽照射面積的大小、角度不同，將使飛船吸收不同程度的熱量，要保證飛船內(nèi)環(huán)境溫度適宜、保證一定的散熱條件，也需要選擇一個合適的角度；第四，飛船有一定的姿態(tài)要求。飛船入軌后，有效載荷需要對地進(jìn)行觀測，這也需要選擇一個合適的角度保證對地觀測姿態(tài)。
飛船發(fā)射時機(jī)要同時滿足上述4項(xiàng)要求，保證太陽、地球、飛船三者處于正確合適的位置，難度非常大。因?yàn)槊恳粋�季節(jié)、每一天的氣象條件都不一樣，可供選擇的“發(fā)射窗口”極為有限。
“神舟”五號的“發(fā)射窗口”選擇在白天，除了考慮上述4個因素外，主要是考慮白天溫度有利于發(fā)射人員工作，也易于在意外情況發(fā)生時，充分保障航天員的人身安全。這個時間可不是隨便挑選的，而是專家們根據(jù)飛船在軌運(yùn)行時，太陽光照輻射、飛船姿態(tài)控制等要求，建立了一個數(shù)學(xué)模型、輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過精心計(jì)算推導(dǎo)而得出的。
為什么不怕“太空黑客”？
看來寂寥的宇宙空間其實(shí)并非“凈土”：太空不僅有許多自由存在的石塊，砂粒，人類的太空發(fā)射更是將大約3000噸的太空垃圾遺留其中。
這些被稱為“太空黑客”的太空垃圾，以超出音速幾倍的速度飛行，盡管它們體積小，但由于速度很快，一旦與正在工作的航天器相撞，就會把航天器撞壞。一塊以每秒10公里速度在太空飛行的碎片，和在空氣中以每小時600公里速度穿行的飛行物具有同樣的破壞效果。哪怕一個雞蛋大小的碎片，都可以把一個衛(wèi)星擊毀。
航天器在太空中遭遇“黑客”的事情屢有發(fā)生。1996年7月，法國的“櫻桃”衛(wèi)星曾經(jīng)被一塊太空垃圾擊中，而這塊垃圾是10年前法國“阿麗亞娜”火箭末級爆炸后的碎片。
作為一個負(fù)責(zé)的國家，中國政府和航天專家對太空垃圾給予了充分關(guān)注。對于空間碎片的跟蹤和分析，已開始為中國航天器發(fā)射提供幫助。特別是載人航天方面，空間碎片的觀測具有十分重要的意義�！吧裰邸蔽逄柊l(fā)射前，在加強(qiáng)對流星雨等觀測的同時，還對空間碎片作了詳盡的跟蹤分析，預(yù)測太空中較大空間碎片的路線，從而為“神舟”五號的在軌飛行時間和發(fā)射時間的選擇提供方便。中國的科學(xué)家已經(jīng)從目前遺留在空間的9131個空間碎片中進(jìn)行篩選，選出了有可能與“神舟”五號發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)空間碎片，然后進(jìn)行高精度預(yù)測，并提出怎樣避免碰撞的建議。
據(jù)有關(guān)部門透露，一套預(yù)警系統(tǒng)已在“神舟”五號載人航天飛船上得到應(yīng)用，一旦在空中運(yùn)行的載人航天器有可能與太空垃圾發(fā)生碰撞，警報(bào)系統(tǒng)就會發(fā)出警報(bào)，航天器將采取機(jī)動規(guī)避措施，避免發(fā)生碰撞產(chǎn)生大的損失。
(來源：《國際先驅(qū)導(dǎo)報(bào)》，記者：李宣良)
