这个是指尖陀螺啦,有很多种的。
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自从4月29日天和核心舱成功发射,中国自己的空间站就持续受到大家的关注,而10月16日神舟十三号飞船的成功发射更是把大家对空间站的热情推向高潮。
作为空间站的核心,天和号核心舱自然是一大关注焦点,这个核心舱全长166米,最大直径42米,据传闻,其造价高达400亿元,结合它225吨的重量来计算,如果传闻属实,那么天和号真的要比同等重量的黄金还贵上几倍。
但就是这样一个金贵的宝贝,却顶着六个大铁球上了天,这些大铁球每一个都有100多公斤,六个加起来有一吨多的重量,我们可以在下图看到它们的身影,就是在大柱段和小柱段之间的那六个球形的罩子。
正常情况下,为了能让火箭带着更多的有效载荷上天,也为了节约昂贵的发射成本,科学家在设计航天器的时候都会绞尽脑汁地去减轻每一克不必要的重量。既然如此,那么为什么还会带着六个大铁疙瘩上天呢?它们有什么用呢?
“铁疙瘩”到底是个什么东西?其实,这些圆圆的“铁疙瘩”是我们空间站的一个非常重要的部件,学名叫作“控制力矩陀螺”,在“控制力矩陀螺”里面有钢制的飞轮,这些飞轮平时可以以7000转/分钟的速度高速旋转,保证控制力矩陀螺正常运行,来稳定空间站的飞行姿态。
那么,为什么这些“控制力矩陀螺”一旋转起来,空间站的飞行姿态就稳定了呢?
控制力矩陀螺的原理是什么?现在有一种比较流行的解压小玩具叫指尖陀螺,玩过这种玩具的人都知道,在指尖陀螺旋转起来之后,它就会在人的指尖保持平衡,这时候如果左右晃动它,就会感到非常明显的阻力。
这是因为指尖陀螺在旋转起来的时候会有一个角动量,这个角动量可以让旋转轴保持一个固定的状态。如果你想改变旋转轴的方向,必须施加外力,而此时它的角动量也会向你施加反作用力,因此你会感到阻力。
这种角动量产生的反作用力和物体的质量以及旋转速度成正比,飞轮的质量越重,旋转速度越大,产生的反作用力就越大,也就越容易保持平衡。
空间站都用它来干什么?空间站在飞行的过程中,必须和地面保持一个相对稳定的姿态,但是因为身处太空,受引力的作用小,很多因素会破坏空间站姿态的稳定,连空间站内航天员活动时,施加在墙壁上的力都会对空间站的姿态稳定造成影响。
这个时候就需要有一股力量来控制住空间站,六个控制力矩陀螺里高速旋转的飞轮就在这时派上了用场,每分钟转速达7000转,总重量一吨多的飞轮产生强大的反作用力,牢牢地稳定住了空间站的姿态。
空间站除了平时稳定地绕着地球飞行以外,还要执行和飞船交会对接等任务,这个时候就要调整空间站的飞行状态和飞行角度。常规的做法是,启动空间站不同位置上安装的反推力发动机,通过这些发动机喷出的气流,对空间站施加推力,改变现在的飞行角度。
这种做法虽然省事,但是会消耗大量的发动机燃料,而这些燃料都是要通过发射货运飞船进行补给,价格相当高昂。而且,空间站以后还会经常和各种航天器进行对接,如果每一次都用发动机改变飞行状态,那么这个费用必然会高到无法忍受。
这个时候,"控制力矩陀螺"就要大显神威了,空间站上六个"控制力矩陀螺"是绕着空间站一圈均匀分布的。所以我们通过打开或者关闭其中部分"控制力矩陀螺"就能改变空间站的受力情况,空间站的运行角度也就会随之改变。
看到这里有的朋友可能会想到,反推力发动机会消耗燃料,难道"控制力矩陀螺"就不消耗能源吗?
“控制力矩陀螺”当然消耗能源,但是它使用的是电能,空间站的电能都是来自太阳能电池板,这个能源在太空环境下取之不尽,是不需要额外付出成本的。
所以,有了"控制力矩陀螺"的空间站不仅可以更轻松地稳定飞行状态,还相当于又多了几个不用燃料的发动机,对于一个常年在太空执行任务的超大型飞行器,这个自然相当重要。否则,对每一克重量都精打细算的科学家怎么会让一吨多的“铁疙瘩”上太空呢。
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