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瀚海狼山:10米直径的超大空间站有人舱,什么时候发射?|2021-05-01

已经成功入轨的空间站核心舱的基本尺寸是:全长16.6米,最大直径4.2米,全重22.5吨。内部能给未来进入其中的航天员提供超过50立方米的生活和工作的活动空间,这已经比过去发射的2个天宫系列空间站大为改善,基本是从单间直接升级为三居室的水平。在未来的1号和2号大型实验舱先后发射和对接成功后,会让航天员的常年便装活动空间,从早期的50立方米,进一步扩大到110到180立方米。等于再次从三居室升级成小别墅的水平,基本可以说超过了前苏联发射过的和平号空间站的内部最大活动空间。其实就单个主力核心舱的尺寸和重量来说,22.5吨级已经算是全球最大。因为不论是目前国际空间站的星辰号核心舱,还是当年和平号的指挥舱,都没有超过最大22吨的水平。目前多出来的这0.5吨。


已经可以稳坐全球第一的宝座。那么问题来了,对于人类的生活活动空间来说,自然是越大越好。在地球上无人喜欢住蜗居,在太空能住别墅,也绝对不愿意几个人挤一个房间的上下铺。那么为何到目前,各大国发射过的有人居住的空间站核心舱,其最大直径,几乎没有一个是超过5米的呢?要知道4.2米,还是核心舱的最大外直径。而整个已经上天入轨的核心舱,还是变直径的。4.2米的最大直径部分之外,明显还有3米多直径的一小段;另外可以多角度对接用的“活节”部分的直径,也同样是3米左右。而发射核心舱的胖5火箭,其芯级最大外径已经有5米。现在各大国的成熟火箭技术,都已经可以做到有效载荷,包括其外整流罩的最大直径,比发射火箭的芯级做得更大。也就是说,5米主芯的火箭,携带8米直径的整流罩是没有太大问题的。


那么这种8米直径的火箭整流罩。内部完全可以安装最大7.5米直径的有效载荷。如果觉得7.5米的有效载荷还不够大,那么曾经推出的土星5号和能源级大火星的直径,都曾经达到或者接近过10米,因此如果用这些超级大火箭来发射空间站核心舱,其最大直径做到10米甚至12米都是没问题的。人类通过在地球上的正常室内活动空间的大小感知就会体会到。如果层高在3米以内,长宽尺寸在4米左右,那么就是在卧室内的感觉。如果层高到了4米左右,长宽尺寸更大,那么基本就是高校教室的空间;如果层高到了8到10米,长宽尺寸再放大,那么基本就是处于小礼堂内部的感觉。现代技术已经可以把空间站的核心舱直接由“三居室”扩大成10米直径的“小礼堂”,为何还不去做?瀚海狼山(匈奴狼山)个人认为,首先如果真扩大到8到10米级,属于严重浪费。现阶段的空间站内部,都是没有人造重力的。


航天员在里面工作生活,基本都是长期悬浮其中;因此给航天员自由漂浮活动的内部净空间,高度2.5米左右已经足够。剩下的1.5米的侧壁空间可以安装设备;加上外壳和保护层,最大外直径4.2米左右正好。而如果把空间站核心舱的外直径扩大到5米以上甚至到8米以上,里面开阔倒是开阔了。但是中间有大量的空间根本毫无用途。航天员在里面飘半天才可以碰触到周边的设备,完全没有现在稍微飘动一下就可以操作设备按钮,来的方便快捷。有人说可以把8到10米的核心舱从中间隔断,但是这样做造成的内部空间不是圆柱形,反倒让航天员感到不方便和不舒适。何况长圆筒状空间站中间增加硬隔断,除了造成超重之外并没有太大的实际好处。空间站的有人活动舱段,说白了,就是一个基本外壳厚度不到1厘米的铝合金圆筒,外面再包裹上一层保温防撞的复合材料“棉被”而已。


其整体结构和抗外力的强度,远远没有水下的潜艇耐压壳来的结实。空间站的自重控制极为严格,因此用轻质金属制作的薄皮外壳为主,因此现阶段基本控制在直径5米之内。如果再扩大直径,必须考虑材料的综合承受能力。当然人类最终必然需要更大直径的空间站。比如利用自然阳光大规模繁殖空间植物;同时进行太空大机械化生产。到此时,不到5米直径的舱段肯定是不够用了。现阶段的空间站,基本都是“纯赔钱”的,比如国际空间站。总造价已经超过了1000亿美元,每年的另外维持性消耗超过30亿。但是只能生活为主,稍微带点可以盈利的太空旅游。而所谓的无重力晶体生产线的利用率极低。而新发射的空间站,其对未来在轨工业生产能力的设计前所未有。因此全球第一个外径超过5米,到10米之间的超大型空间站综合生产舱的出现,只能看天和号!




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