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中國航天器窗戶越來越亮,是啥材料造的

2021-09-06 17:25:36

近日發布的我國航天員太空攝影作品,除了真實展現了太空中星光璀璨、以及航天器、地球、大氣層和星空交相輝映的壯美之外,湯洪波拍的帶窗戶的睡眠艙也特別有意思,堪稱無敵“天景房”,這是多少海景房都比不了的,那么今天,我們來說說這個小圓窗。

天和核心艙睡眠艙的窗戶

這可真是“天景房”

其實,網上有關我國航天器舷窗的照片還真不少,比如楊利偉乘坐神舟五號的時候,就透過飛船舷窗拍下了不少影像。不過,從有些畫面上可以發現,神舟五號的舷窗還不夠透亮,上面甚至還被“打花”了,這是太空中的高能粒子打在窗戶上留下的痕跡。

不要小看這些高能粒子,美國航天員斯科特·卡彭特在乘坐水星5飛船時,就被它們迷惑,這些高能粒子在陽光的照耀下閃閃發光,卡彭特誤以為是螢火蟲,將飛船改為手動操作去追“螢火蟲”,從而錯過Z佳降落角度,導致實際上著陸點和計劃著陸點相差了462.5公里,差點回不來了。

卡彭特從此也告別了太空

而為了解決被高能粒子刮花的問題,中科院上海硅酸鹽研究所在航天器舷窗表面涂上了防污染涂層,確?!把劬Α笔冀K明亮如一,所以后來聶海勝乘坐神舟6號飛船,拍回的照片“干凈”程度就提升了一個等級,到今天“天和”核心艙的舷窗玻璃,更是明亮得像不存在一樣。

其實神5的這張照片已經很清楚了

而除了“窗明幾凈”之外,航天器上的舷窗還要求具備極強的隔熱抗輻射和密封性能,所以一般采用多層玻璃材料制成。Z外層是耐熱和防輻射玻璃,中間和內層都是承壓玻璃,保證密封效果。它們首先要滿足耐高溫和耐低溫的需求,畢竟在近地軌道上,向陽面的溫度可以達到121攝氏度,背陽面則只有零下157攝氏度,而飛船在返回大氣層的過程中,還要經歷上千度的高溫。

航天器三層玻璃舷窗結構

同時,航天器舷窗玻璃還要抵御溫度的急劇變化,因為隨著航天器的運轉,向陽面和背陽面會快速轉換,如果像有些玻璃杯一樣,用冷水涮一下,再一裝熱水就炸,那就麻煩了。而為了在這些性能中尋找一個Z佳平衡點,NASA的“獵戶座”飛船開始測試用丙烯酸塑料制成的舷窗,并在2014年12月進行了首次飛行測試。

獵戶座飛船內部

這種丙烯酸塑料的化學名稱為聚甲基丙烯酸甲酯,當然你也可以叫它有機玻璃,或者亞克力,大家在日常生活中對它都非常熟悉了。丙烯酸塑料除了無與倫比的高光亮度之外,韌性、強度還特別好,所以可用來造比較大面積的航天器窗戶,不再限于小面積舷窗,形狀也不再限于受力Z均衡的圓形。

獵戶座飛船的丙烯酸塑料窗戶

比如“獵戶座”飛船的圓錐體乘員艙有四個窗戶,每個窗戶有三個窗框,能夠為航天員提供更好的視野。而Z里邊的圓錐體窗戶使用的就是丙烯酸塑料,將來四個窗戶都將換成丙烯酸塑料,當然,飛船和航天器用丙烯酸塑料,與我們日常解除的有機玻璃、亞克力還是有很大區別的,相關的配方屬于絕密。

有機玻璃


獵戶座飛船有4個窗戶

不僅如此,SpaceX公司的載人“龍”,還計劃在飛船上加裝玻璃穹頂,為旅客提供沉浸感更好的太空觀光服務。它比2010年安裝在國際空間站上的意大利“圓頂”還要科幻。意大利“圓頂”由6個側窗和1個天窗組成,中間有金屬加強邊框,而載人“龍”飛船的穹頂則是一整個直徑1.4米、深度60厘米的半球形玻璃罩,其對玻璃材料的要求將非常高。

觀光型龍飛船的穹頂窗,不過這樣就沒辦法對接了

航天器是一個密閉空間,然而人不能長期生活在密閉空間里面,所以窗戶的存在至關重要,現在的“天和”核心艙三個睡眠艙,都是帶窗戶的“天景房”,但現在的窗戶還比較小。隨著材料技術的不斷進步,科幻電影里航天器一整面墻的大窗戶未來會不會也能變成現實呢?那樣的話,不僅有“天景房”,連封閉式的“天景陽臺”都有了。

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