猎户座(Orion)趣味事实
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Orion heat shield
Orion heat shield
猎户座(Orion)趣味事实

内容提要
本文介绍了美国国家航天局(NASA)猎户座航天器的构造细节、乘员舱设计及各项关键系统。猎户座通过先进的生命保障、热防护及冗余航电系统,确保了宇航员在深空任务中的安全与高效运行。

原文全文译文

部件

猎户座航天器由 355,056 个独立部件构成:

41,858 个发射中止系统部件

209,544 个乘员舱部件

103,023 个服务舱部件

631 个集成部件

猎户座上使用了 77,150 种不同类型的部件。

乘员舱

从人体工程学角度来看,猎户座的设计旨在容纳 99% 的人类群体,这一范围超过了美国国家航天局(NASA)过去、现在或未来的任何项目。该航天器可容纳身高在 4 英尺 10 英寸的女性至 6 英尺 5 英寸的男性之间的宇航员。

猎户座的乘员舱提供的立方体积比阿波罗(Apollo)飞船多出约 60%。

在前往低月球轨道(lunar orbit)的初始任务中,猎户座可支持 4 名乘员在轨道上停留长达 21 天。前往更远目的地的任务可能仅搭载 2 名乘员,以便为机载消耗品留出更多空间。

猎户座可以在没有任何乘员的情况下,在月球轨道上自主运行超过六个月。

图注:NASA/Jordan Salkin

服务舱

欧洲服务舱由超过 20,000 个部件和组件组成,它们必须完美契合并可靠运行。

猎户座服务舱内的计算机控制着 33 台发动机,并读取超过 100 个压力和温度传感器的数据。

猎户座的四个太阳能电池阵列翼中的每一个都由三块面板组成,其产生的电力足以供两栋三居室住宅使用。

在太空中,猎户座的轨道机动系统发动机(OMS-e)可产生 6,000 磅(即 26.7 kN)的推力。在地球上,如果你将一台 OMS-e 绑在汽车上,它可以在约 2.7 秒内从 0 加速到 60 英里/小时,跻身世界十大最快量产车之列。

用于阿耳忒弥斯 2 号(Artemis II)的猎户座服务舱主发动机曾随航天飞机(space shuttle)亚特兰蒂斯号(Atlantis)六次进入太空。

图注:NASA/Kim Shiflett

发射中止系统

猎户座发射中止系统(LAS)上的中止发动机可在几毫秒内产生 400,000 磅的推力,迅速将乘员舱推离危险区域。

在发射台(launch pad)中止情况下,猎户座的发射中止系统可在 2 秒内从 0 加速到 500 英里/小时。

LAS 固体火箭发动机使用的推进剂燃烧温度为 4,456°F,接近太阳表面温度的一半。虽然该温度足以熔化钢铁,但发动机内部的特殊隔热层能极好地保护钢壳,使外壳表面温度仅达到约 130°F,从而保持乘员舱内部凉爽。

LAS 的发动机使用的推进剂是一种类似橡胶的固体燃料和氧化剂混合物,其质地如同硬橡胶橡皮擦。

从中止发动机喷管排出的燃烧气体速度为 2,600 英里/小时,超过声速(speed of sound)的 3 倍,是步枪子弹速度的 2 倍。

如果将中止发动机的能量转化为电能,足以供 13,000 户家庭使用一整天。

图注:NASA/ Frank Michaux

航电系统

猎户座 S 波段通信系统集成了 4 台无线电的功能,可实现与以下系统的通信:多个航天器(space vehicle)、NASA 近地空间网络直接对地服务、NASA 数据转播卫星(data-relay satellite)服务、NASA 深空探测网(Deep Space Network)以及这些系统的任意组合。

猎户座提供了完全冗余的乘员控制和显示系统,包含超过 60 种图形用户界面(GUI)格式和交互式电子程序——这在航天器历史上尚属首次。宇航员无需依赖分布在庞大飞行甲板上的物理开关,而是可以通过 GUI 上显示的“虚拟”开关,在单一操作台控制所有航天器系统。

与阿波罗的单台飞行计算机相比,猎户座拥有两台同时运行的冗余飞行计算机。每台计算机包含两个冗余模块,总计拥有四个冗余系统。

猎户座的两台冗余计算机中,单台的重量仅为阿波罗飞船上唯一计算机的四分之三,但内存容量增加了 128,000 倍,速度提升了 20,000 倍。

隔热罩

在从月球任务返回地球的过程中,猎户座及其隔热罩必须保护航天器和乘员免受高达约 5,000°F 的外部温度影响。

5,000°F 高于钛的熔点(约 3,000°F)。这也约为太阳表面温度(约 10,000°F)的一半。

虽然进入地球大气层时的外部温度将达到 5,000°F,但航天器内部温度将保持在 70 多华氏度——外部如同熔岩般炽热,内部却凉爽舒适。

乘员舱底部的隔热罩宽 16.5 英尺。它是世界上最大型的烧蚀隔热罩。猎户座的热防护系统是航天器最重要的部件之一,负责在返回过程中保护宇航员。

图注:NASA

生命保障与安全

猎户座的闭环生命保障(life support)系统能够在压力容器泄漏或舱内大气受污染的情况下,为穿着宇航服的乘员维持长达 144 小时的正压、可呼吸大气和热冷却环境。

猎户座的设计旨在确保在任务的任何阶段,无论与地球的轨道对齐情况如何,都能执行中止并返回地球,并为着陆后的机组人员提供长达 24 小时的安全避难所和生存装备。

猎户座旨在通过集成备份飞行计算机、生命保障系统手控(manual control)、通信和导航辅助设备,在发生多重星系(multiple system)故障时确保乘员安全返回。

致力于猎户座乘员舱设计的 NASA 和洛克希德·马丁公司工程师,与专门研究碰撞伤害的纳斯卡(NASCAR)和印地赛车(Indy Car)专家合作,设计了最先进的乘员座椅、约束装置和冲击衰减机制,以防止宇航员在硬着陆时受伤。

降落伞

在进入大气层期间,地球(Earth)的大气层将猎户座(Orion)的速度从 25,000 mph 减慢至约 325 mph,但降落伞会将速度进一步降低至约 17 mph,以便在海洋中平稳溅落。

降落伞系统总共包含 11 个降落伞,它们必须协同工作。

其中包括 3 个 7 英尺的前舱盖降落伞,用于移除前舱盖;2 个 23 英尺的减速伞,用于减慢并稳定乘员舱(crew module);以及 3 个 11 英尺的引导伞,用于辅助部署 3 个 116 英尺的主降落伞。

这 3 个主降落伞展开后的总直径足以覆盖一个橄榄球场从 10 码线到 10 码线的区域。

每个主降落伞有 80 根悬挂绳。每根悬挂绳的额定承重至少为 1,500 磅,足以支撑 6 名成年人并留有余量。3 个主降落伞的悬挂绳总长度约为 10 英里。

主降落伞使用液压机进行打包,施加的力高达 50,000 磅。它们的密度约为每立方英尺 44 磅,这与橡木的密度大致相同(远高于松木的密度)。

图注:(NASA/Josh Valcarcel)

来源与许可

原文来自公共领域来源;译文由机器生成,请以原文为准。 原始页面