中国空间站有哪些黑科技？

嫦娥揽月、北斗组网、天问奔火,2020 年的中国航天精彩纷呈。2021 年中国航天再谱新篇章,上周四神舟十二号载人飞船直插云天,将三名航天员送上中国自己的空间站。

空间站对于人类意味着在近地轨道上有一个长期居住生活、开展科研实验的场所。中国航天员进入天宫空间站,代表中国航天事业进入全新的时代。此前,我们的航天员都是在太空短暂停留,现在将常驻太空,日复一日、年度一年地在太空中工作学习。

众所周知,在太空生活一周与生活一年差距巨大,为了给航天员们更好地提供服务,中国自主研发的空间站搭载了众多黑科技产品。

太空“躺平”,WiFi 全覆盖

现代人的生活离不开 WiFi,“躺在”家中上网、刷视频,人生不要太惬意。可你们知道吗?航天员远在外太空,也可以享受无所不在的 WiFi 网络。央视新闻显示,航天员们来到空间站,第一时间就布置新家,安装 WiFi 等设施。

或许有小伙伴心生疑惑,中国空间站远在 400 公里开外,航天员们如何能够接受地面传输的数据信号。事实上,太空上网并不稀奇。在太空,一般使用 Ku 波段作为通信波段,气象卫星、中继卫星甚至国际空间站,主要都是通过 Ku 波段传输信号。中国空间站“挂”在天上,身上自然搭载了用于通信的中继用户终端。

中继终端通过中继卫星与地面建立起通信链路,从而让航天员可以随时与地面视频通话、发送电子邮件、传输科研数据以及遥测数据。可以说,有了中继终端与 WiFi 设施,航天员们的信息化生活与地面无异。

上网、刷微博甚至看短视频,在太空都可以完成。当然,航天员们在太空中工作繁忙,估计没多少时间用于娱乐。中国空间站安装 WiFi 设施,主要为了航天员之间联系以及控制各类电子设备。

在央视直播中,小黑发现空间站内部十分宽阔。实际上,中国空间站体量达到 100吨量级,核心舱全长就达到 16．6 米,最大直径约 4．2 米。再加上同样体积庞大的实验舱与航天飞船,天宫空间站未来可用空间将非常可观。

▲ 核心舱示意图

在如此宽阔的空间站中生活,传统沟通方式显得有些低效,这时候全屋覆盖的 WiFi 信号就变得极其高效。据悉,航天员们平时都带着骨传导耳机,无论身处空间站哪个角落,都可以通过 WiFi 联系同事。此外,为了保证通信私密性,设计师们还给航天员们预留了私密通道,可以通过该线路与家人通话,偷偷说些心里话。

WiFi 信号畅通无阻,那么网速又如何呢?小黑查询资料后发现,美俄牵头建设的国际空间站,在 2019 年升级之后,下行网速达到 600Mbps,比国内大部分家用宽带网速都要快。相比早已建设完成的国际空间站,中国空间站网速还在逐步提升中。

最早的天宫一号实验室上下行网速仅 2Mbps。后来天和核心舱上天,上行速率达到 6Mbps,下行速率达到 150Mbps。此次,航天员进入空间站,虽然没有公布具体网速,但是官方消息显示,核心舱发往地面的速率相当于地面 5G 通信速率的几十倍。由此可见,中国空间站网速有了长足的进步,满足航天员日常工作生活绝对没问题。

太空智能家居

随着科技的进步,地球上已经有很多家庭普及了智能家居。可小黑万万没想到,中国空间站也用上了全屋智能家居。在万物互联尚未普及的时代,中国空间站率先实现了万物互联。

地面上,几乎人手一部智能手机。在天上,航天员们则手持一部智能终端。它的功能与手机类似,同样都是智能家居的控制中枢。太空舱中的灯光、温度、湿度等参数,都可以通过智能终端中的 APP 调节。

《西游记》中有句名言,叫做天上一日,地上一年。真实情况下的空间站虽然没那么夸张,但是作息时间确实与地面不同。中国空间站处于低轨道,环绕地球一圈只需一个半小时,也就是说航天员们一天 24 小时要经历 16 次日出日落。

为了保证航天员们拥有充足的睡眠,设计师特意在舱内设置了黄昏模式、日间模式、工作模式、睡眠模式等情景系统。航天员们只需要在手持智能终端中操作,就可以随意调节舱内模式。

在地球上,全屋智能家居少不了报警系统,比如烟雾传感器、水浸传感器,它们静静地保护家庭安全,确保不会发生意外事故。在中国空间站,也有类似的设备,它就是声光电报警系统。

此前航天员在执行任务时,必须留一个航天员值班警戒,以防设备出现意外。现在,为了让航天员们睡个好觉,特意配备了声光电预警装置。有了它,可以时时刻刻守护空间站的安全,一旦发生意外,可以第一时间通报航天员处理。

除了声光电装置,空间站中还安装了众多检测装置与生命保障系统,整个空间站总共有 5000 多台“智能家居”产品。比如电解水制氧设备,通过旋塞截止阀与切换阀,可以实现供气调压系统中氧气的“定量供给”。再比如气液驱动组件和灭菌组件,通过银离子发生器和控制器,可以保证水中银离子浓度,从而为航天员提供高品质饮用水。

空间站是一个国家综合科技实力的集中体现,中国空间站不仅融汇了航空航天技术,也蕴含了各行各业的智慧。智能控制、智能报警、检测与生命保障系统,空间站中的航天员拥有比普通人更加健康便利的智能家居系统。

舱外科技:大力神臂、柔性电池板

去年网飞上线了一部喜剧《太空部队》,剧中我国的空间站技术强大无比,居然可以使用机械臂剪断美国卫星的太阳能电池板。左边一下,右边一下,美国的卫星就变成没有能量来源的“废物”。

▲ 《太空部队》场景

在现实世界里,中国空间站同样有着巨大无比的太空机械臂。它工作时最长可达 18米,可以在太空中抓取物体,实施对接、安装、变轨、分离等操作。值得一提的是,这台机械臂可以全空间移动。它可以改变位置,移动到空间站多个部位执行特定的操作。

▲ 可移动大力神臂

此外,这台大力神臂拥有七处关节、两处末端执行机构,可以辅助航天员舱外活动、舱外货物搬运、悬停飞行器捕获等工作。如果真的出现《太空部队》中外国飞船逼近中国空间站的情形,大力神臂或许真的可以将其捕获。

空间站舱外,除了大力神臂还有柔性太阳能电池板。它们与高效锂离子电池一起,构成了空间站强大的电源系统。天宫空间站,太阳能电池板面积仅有国际空间站一般,可供电量反而超出对方。

造成这种神奇景象的原因在于电池板技术,天宫空间站使用的砷化镓柔性太阳翼,轻薄、可折叠,其单板厚度不足1mm,单位面积重量仅为传统太阳电池板的 50%。

此外,砷化镓柔性电池板光电转换效率高,国电光伏柔性薄膜砷化镓电池转换效率达到 34．5%,达到世界最高水平。空间站搭载的电池板转换效率虽然没那么恐怖,但是同样达到 30%,远超国际空间站水平。在太阳能电池板领域,天宫空间站着实享受到后发优势。

几十年来,太空探索促进了大量高新科技的发展,中国空间站展示的几项黑科技仅仅是冰山一角。随着中国航天事业蓬勃发展,未来必然有更多黑科技产品出现,对此小黑拭目以待．．．．．．

图源:央视、中国航天科技集团、pixabay