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分类:mpa论文 原创主题:在太空建个大蘑菇论文 发表时间: 2024-02-01

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科幻作品中的一些场景总能让我们惊叹,比如电影《星际迷航》中出现的大量飞船,还有各种让人惊叹不已的太空港.在电影《星际迷航3》中,甚至还出现了一个名叫“约克城”的超大型太空港.

它的外形酷似一颗由大气层罩住的镂空星球,特殊的结构使这个超大型空间站具有可自动调控的重力系统,人走在上面就像我们在地球上一样自如.这在我们看来只是幻想,不太可能实现,因为重力问题是人类探索太空绕不开又难以解决的障碍.

同是空间站,现役的国际空间站显得相形见绌,它是那么小,设备是那么简陋,作用还很有限——用于各项研究,比如重力对人的影响、重力对其他地球生命和地球上制造的材料的影响等等,此外还“”对地球进行观测.这些研究主要是为未来人类探索深空做准备,可以说,国际空间站只是“约克城”那样的太空港的雏形.

然而,在不久的将来,国际空间站也将光荣退役,届时,接替它驻守太空的将会是什么样空间站?

设想中的太空蘑菇

建造空间站是一个烧钱的大工程,建造难度也比较大,所以建一个空间站不是想做就能做到的事情.虽然许多新空间站的设想被提出,但目前只有我国在建造空间站,预计我国的空间站将在2020年左右建成.但是我国的空间站也是小型的空间站,设备也不会比现在的国际空间站先进多少.

那么,在更远一点的未来,是否有更让我们惊艳的空间站出现?美国联合太空组织公司提出了一个具有科幻色彩的设计——“太空蘑菇”,一个外形似蘑菇的空间站.

太空蘑菇的主体是一个圆柱形的结构,就像蘑菇的菌柄,圆柱的一端是一个圆顶结构,就像蘑菇的菌盖.蘑菇柄中有人员的生活区、科研区,还有放置货运飞船和太空建造平台的区域.蘑菇柄末端是一个采矿平台.蘑菇盖中设有指挥部、仓储室,还有可停泊各种航天器的“太空码头”.

那么,这样一个外形奇特的太空蘑菇,还有哪些过人之处呢?

小贴士

聚合物基复合材料

以有机聚合物为基体,把另外一种或多种物化性能不同的材料与之复合而成的一种多相固体材料.这是复合材料的一类.

太空蘑菇的优势首先,太空蘑菇更结实、更安全.太空蘑菇大部分结构将由聚合物基复合材料和碳纤维材料建造,在外部包覆着泡沫金属材料.而它的主体是一个双壳结构,两层壳体之间充满了水.这样的建造材料和结构为太空蘑菇提供了完美的保护.我们都知道,在近地球轨道上遍布太空垃圾,有些太空垃圾能以每小时数千千米的速度运动,在如此高速的情况下,即使是一小块碎片都可能击碎一艘飞船.太空蘑菇外壳的泡沫金属材料能有效地抵挡太空垃圾的冲击,而两层壳之间的水充当着抵御太空垃圾的第二道防线.不仅如此,泡沫金属材料和水的双重保护,还能有效地阻止宇宙辐射进入空间站内部,减少宇宙辐射对人的伤害.

其次,太空蘑菇的建造技术更先进,也更省钱.建造国际空间站所用的材料是在地球上制造,然后运送到太空,在宇航员的参与下,才最终组装起来的,这不仅需要花费高额的运输费用,建造工期也长,宇航员舱外活动的风险也比较高.太空蘑菇的材料将在太空中制造,这个工作将由机器人来完成.机器人在发射到太空时就携带了制造太空蘑菇的原料,就像建筑工地上的水泥罐车.当接收到制造指令时,几个机器人会协同合作,在合适的位置将各自储存罐中的原料挤出,就像蜘蛛吐丝织网一样,整个空间站的制造基本上是一气呵成.

这节省了运输材料的费用,而且建造过程基本上不需要人参与,这也减少了宇航员进行太空行走所面临的风险.

再次,太空蘑菇的规模更大.现在正绕着地球运转的国际空间站是有史以来最大的航天器,内部体积为915立方米,相当于一架波音747飞机的大小,这是美国“天空实验室”的5倍,是俄罗斯“和平号”空间站的4倍.但是与太空蘑菇比起来,国际空间站实在是一个小不点.在设计中,中型太空蘑菇的直径是100米,有500米长,它将包含280万立方米的可居住体积,这是国际空间站的3 0 0 0倍.最小型的太空蘑菇直径也有30米,至少能容纳30人长驻,而国际空间站额定成员是6到7人,通常只有3名宇航员长驻,最多时有13名宇航员同时在那里工作.

此外,太空蘑菇还将解决一个已退役、现役以及即将建造的所有空间站都没能解决的重要问题——微重力.空间站的轨道高度基本上都在400千米左右,在空间站、航天飞机和其他在低轨道执行任务的宇航员都处于微重力的环境中,他们都漂浮着.这不是一件好玩的事情,人体并不具备适应微重力状态的能力,长时间处于微重力环境不利于人的健康:体液会在宇航员的身体里转移,影响眼睛和其他器官,他们的脸会变得浮肿,骨质密度和肌肉质量的损失更是众所周知的现象.为了减少微重力对人体健康的危害,宇航员们往往需要花大量的时间来锻炼身体.

太空蘑菇将解决这个问题,它的解决方法就是让空间站转起来.

太空蘑菇的柄和伞旋转方向相反,旋转的过程中会产生离心力,离心力会将人向外抛出,由于太空蘑菇是封闭的,这个向外的力对于在里面的人和物品来说正好形成一个向着空间站壁的压力,从而使人和物品都能留在空间站的壁(也就是地板)上.太空蘑菇旋转时所制造的人造重力与我们在地球上承受的重力相同,所以生活在那里的人与生活在地球上的我们无异,不会漂浮起来,也不会因微重力而身体不适,或患上疾病.

是否物超所值?

国际空间站集合了16个国家或地区组织的力量,耗费了820亿美元左右才建成.那么,设备更先进,空间更大的太空蘑菇的造价应该更惊人吧?据太空蘑菇这个概念的提出者估计,建造一个中型太空蘑菇将花费150亿到200亿美元,而建造一个最小规模的太空蘑菇需要投入50亿到100亿美元.这样看起来建造一个太空蘑菇的成本要低很多.不仅如此,如果未来人类开始在太空采矿,那么太空蘑菇还能够以从其他星球上采集来的矿物为原料建造,这样的话成本还能更低.

除了成本更低,太空蘑菇还比国际空间站更耐用.国际空间站设计的使用年限是15到20年,而太空蘑菇则是50到100年.可见,从长远来看,太空蘑菇将是再合适不过的新一代空间站.

此外,太空蘑菇的使用权也很特别,以往的空间站要么是一个国家单独建造,然后自己使用,要么是一个国家或者组织邀请其他国家或组织共同建造,然后共享空间站的资源,但是太空蘑菇却不是这样.根据联合太空组织公司的计划,建成的太空蘑菇只租不卖,只要付得起租金的国家、组织或者公司都可以使用太空蘑菇的设施.这就像是在地球上的地产开发商建好一栋写字楼,然后出租给不同公司一样.这种方式使那些需要使用空间站,但又无力建造的国家、组织和公司不需要付出高额的资金,就能使用空间站.

太空蘑菇的设计让我们看到了人类探索太空的一个美好前景,如果条件成熟,太空中将会出现一个个大小不一的“蘑菇”,它们中有些是科研场所,有些是旅游度假的胜地,还有些是旋转的太空矿业公司……当然,太空蘑菇现在还只是一个概念,是否能够实现,就让我们拭目以待吧.

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参考文献:

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