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我国正稳步推进载人登月工程,地面模拟月面行走,演练中国人登月

图片说明:我国正稳步推进载人登月工程,地面模拟月面行走,演练中国人登月,。

众所周知,太空的微重力环境是有别于地球环境的最重要区别之一。微重力也被人们通俗的称为失重现象,当宇航员进入太空之后,便可以从太空舱内的座椅上飘浮起来,甚至能够灵巧的像鱼儿一样在舱内飘来飘去,众多影视作品更是直观的向观众再现了太空失重环境下的玄妙场景,给人留下了深刻印象。然而失重现象对于外太空的人体及各种仪器设备有着极其重要的影响; 另一方面,微重力也是太空所独有的取之不尽用之不竭的天然资源,其应用广泛和开发潜力之巨大,难以估量。随着未来人类对宇宙开发的进一步深入,那么对于失重环境的模拟,就成为发展载人航天的一项极其重要而必需的准备工作。由于载人航天活动投资强度大,风险系数高,为了保证安全可靠,做到万无一失,就必须进行各种充分准备,这也是未来大规模载人航天活动能否取得成功的关键环节。未来我国在太空环境中将不可避免的进行一系列空间设备组装、加注、维修等复杂操作活动,而在这种失重环境下进行相关物体和器件的存放、拿取等也将与地面环境大不相同,因此必须首先解决空间环境的模拟和构建技术,特别是空间微重力环境的精确模拟。近日,由我国多所大学共同联合开发的”液-磁混合悬浮微重力效应地面模拟原理与应用”科研项目被提名为2019年度科学技术进步奖一等奖。那么,它是一项什么技术,而被我国如此重视呢?本文根据相关公开资料对此做一背景分析。据公开资料介绍,在地球上模拟太空失重环境一般有两种形式, 一是直接式, 另一种是间接式。直接式又可分为无支撑自由落体和抛物线飞行两种形式。前者通过落塔或旧矿竖井来实现, 后者则通过改装的失重飞机来实现。然而落塔创造的微重力环境时间极短,一般为仅为数秒,且无法用于人体失重试验,失重飞机创造的微重力环境时间稍长,一般为半分钟左右,也仅能用于宇航员的失重体验训练。要想在地面上长时间地模拟太空失重环境,一般采用中性浮力水槽、卧床实验室以及缆索悬吊架等间接式方法,来获得类似于失重效应的环境条件。而在这些间接方法中 ,中性浮力水槽获得了最为广泛的应用。当我们浮在水面上时的状态,可以被称为正浮力;当我们在水中不断下沉,可以称之为负浮力;当我们在水中央悬浮,不浮不沉时,可以被称之为中性浮力。美国建立了世界上最多和最大的中性浮力水槽,为美国载人登月,航天飞机,国际空间站,哈勃太空望远镜维修立下了“汗马功劳”。几乎所有的出舱活动任务的美国航天员都进行了水槽训练,执行任务时间与水槽训练时间比高达1∶10。我国的中性浮力水槽也于2007年底研制成功,水槽直径达23米,深10米,其规模位于亚洲第一,在技术和规模上与俄罗斯基本相当,堪称世界第三大模拟失重训练水槽。为我国顺利完成神舟系列宇宙飞船和天宫系列空间实验室航天员出舱活动及载荷布放等训练试验任务,发挥了重要作用。然而,中性浮力水槽微重力环境也存在着许多缺点无法解决。由于浮力状态是一种事前行为,须经过反复下水实验才能达到,只利用液体浮力配平重力不具有实时操作性,且可控性差,很难进行人员和大型太空航天器在六个自由度下长时间、无限制的高精度模拟。而我国科学家提出的“电磁力系统+液浮法悬浮微重力环境实验模拟方法”,通过在水中悬浮的基础上引入电磁力对来对重力和浮力之差进行补偿,极大简化了配平过程,缩短配平周期。在水中的人员和大型航天器不仅可用浮力来抵消重力,在水底的电磁铁产生的磁场还向上产生了一个可精确控制的排斥力,相对于单纯液体浮力模拟的微重力水平,模拟的失重环境可以提高两个量级,几乎和太空环境一模一样。该模拟方法在未来大型航天器太空应用中将具有重要意义。例如我国未来如果要进行载人登月,除了研究更大发射重量的超重型火箭外,利用现在的运载火箭进行多次发射,然后在太空中组装登月飞船也不失为一个可行的方法,目前,我国921火箭研制如火如荼,配套登月飞船和登月设备已经开始预研攻关,921火箭基础型号将在2023年之前首飞,在载人登月工程即将立项 前夕,通过地面模拟月面登陆和月面行走的课题已经展开。需要知道,该方法最重要的部分就是将登月飞船的元部件在太空对接组装起来时的可靠性。如果一旦发生意想不到的故障,无法对接成功,后果将不堪设想。利用“电磁力系统+液浮法悬浮微重力方法“在中性浮力水槽里进行多次高模拟性、高精确度的对接试验,使各种有可能出现的故障在地面一一重现,将大大提高登月成功率。航天员的水下失重训练也极其繁琐复杂,且水下训练服很可能不能高度模仿太空中的失重环境。如果引入电磁悬浮力对中性浮力进行精确控制,将极大简化航天员的水下失重训练的复杂程度,大幅提高模拟和训练水平。未来即使是普通的未经过潜水专门训练的普通人员,在这种方法的帮助下,也可以轻松进行航天员飞行模拟训练。

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文章名称:我国正稳步推进载人登月工程,地面模拟月面行走,演练中国人登月

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