تم إطلاق "وحدة Tianhe الأساسية" بنجاح!كيف تحل مشكلة استخدام الطاقة في المحطة الفضائية وما مدى أمانها؟

في 29 أبريل، حمل الصاروخ الحامل Long March 5B Yao-2 الوحدة الأساسية لمحطة الفضاء Tianhe في الهواء بنجاح في موقع Wenchang للإطلاق الفضائي في الصين.هذه لحظة تاريخية أخرى في تاريخ رحلات الفضاء المأهولة لبلادي بعد النجاح الكامل للرحلة الأولى للصاروخ الحامل Long March 5B في مايو 2020.

        محطة الفضاء الصينية المأهولة، والتي يشار إليها باسم محطة الفضاء الصينية أو محطة تيانغونغ الفضائية، هي نظام مختبر فضائي ذو خصائص صينية يتم تجميعها في المدار.ويبلغ الارتفاع المداري للمحطة الفضائية 400-450 كيلومترا، وزاوية الميل 42-43 درجة، وتسمى المحطة الفضائية المأهولة "تيانجونج"، ومركبة الشحن الفضائية تسمى "تيانتشو".تستخدم محطة الفضاء الصينية "وحدة Tianhe الأساسية" و"وحدة Wentian التجريبية" و"وحدة Mengtian التجريبية" المكونة من ثلاث حجرات كتكوين أساسي.

        وحدة Tianhe الأساسية هي مركز القيادة والتحكم للمحطة الفضائية المستقبلية.سيتم تنفيذ الحياة اليومية لرواد الفضاء هنا، وسيتم إجراء بعض تجارب علوم الفضاء والتجارب الفنية هنا.ومن أجل جعل الحياة طويلة الأمد لرواد الفضاء في الفضاء أكثر راحة، توفر الوحدة الأساسية حوالي 50 مترًا مكعبًا من المساحة لرواد الفضاء للعمل والعيش.بالإضافة إلى تطوير منطقة النوم، تمت أيضًا إضافة منطقة صرف صحي خاصة ومنطقة رياضية.بالإضافة إلى ذلك، يمكن توصيل WIFI بالإنترنت في المقصورة الأساسية.مع مثل هذا النظام الضخم، يتم ترقية الطلب على الكهرباء إلى ما يقرب من ثلاثة أضعاف الطلب على "تيانجونج رقم 2"، والذي يتطلب حماية قوية للطاقة.

        في الفضاء، المصدر الوحيد للطاقة للوحدة الأساسية هو الطاقة الشمسية. لذلك، تم تجهيز مقصورة Tianhe الأساسية بزوجين من أجنحة الخلايا الشمسية ذات المساحة الكبيرة، بمساحة جناح واحد تبلغ 67 مترًا مربعًا.يقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية في المنطقة المضيئة لاستخدامها في المقصورة بأكملها، وفي الوقت نفسه يقوم بتخزين الطاقة للبطارية لاستخدامها عندما تطير المقصورة الأساسية إلى المنطقة المظللة.تجاوزت قدرة توليد الطاقة الأولية لهاتين المجموعتين من أجنحة الخلايا الشمسية 18000 واط، وهو ما يتجاوز بكثير أي مركبة فضائية سابقة في الصين.

يبلغ مدى الجناح الواحد لجناح البطارية الشمسية لـ "Tiangong-2" 3 أمتار فقط، وقد زاد نشر جناح البطارية الفردي في كابينة Tianhe الأساسية إلى 12.6 مترًا.مساحة التحميل لمركبة الإطلاق محدودة، وقد طبق المطورون أجنحة البطارية الشمسية المرنة للنشر متعدد الأبعاد ومتعدد الخطوات لأول مرة في الصين، وتم حل هذه المشكلة ببراعة.الاستفادة من تطبيق الخلايا الشمسية زرنيخيد الغاليوم ثلاثية الوصلات ذات كفاءة تحويل كهروضوئية عالية الكفاءة،إنها، جنبًا إلى جنب مع بطاريات الليثيوم أيون ذات الطاقة العالية، تشكل نظام طاقة قويًا لتوفير توليد طاقة موثوق وكافي دون انقطاع للمحطة الفضائية.

وظيفة خاصة أخرى لجناح البطارية الشمسية للمقصورة الأساسية هي أنه يمكن تفكيك الجناح بأكمله ونقله أثناء المدار.مع الأخذ في الاعتبار أن أجنحة الخلايا الشمسية للمقصورة الأساسية سيتم حجبها بعد الانتهاء من بناء المحطة الفضائية اللاحقة، مما سيؤثر على توليد الطاقة، ويمكن تفكيك جناحي الخلايا الشمسية ونقلهما خارج المقصورة بواسطة رواد الفضاء والأذرع الآلية ، ويتم تثبيتها في الجزء الخلفي من المقصورة التجريبية لعمليات الإطلاق اللاحقة.على الجمالون، يتم إعادة بناء قناة إمداد الطاقة على المدار لتحقيق وظيفة توسيع الطاقة على المدار.

تعمل المحطة الفضائية بشكل مستقر لفترة طويلة في المدار، ويبقى رواد الفضاء لفترة طويلة.سلامة المحطة هي القضية الأكثر أهمية.عندما تسير المحطة الفضائية في منطقة ظل حيث لا يمكن تشعيع الشمس، تكون بطارية الليثيوم أيون مسؤولة عن تشغيل المقصورة بأكملها.كيفية التأكد من سلامة البطارية؟

لقد وجد الباحثون الحل بعد بحث طويل الأمد.لقد صمموا أحياة طويلة, سعة كبيرة, سلامة عاليةبطارية ليثيوم أيون تلبي الاحتياجات التشغيلية للمحطة الفضائية.تستخدم البطارية غشاءًا سيراميكيًا، والذي له تأثير جيد في منع حدوث دوائر قصيرة داخلية.وفي الوقت نفسه، يتم استخدام مواد مثبطة للهب في حزمة البطارية لمنع احتراق البطارية بسبب درجات الحرارة المرتفعة.

يُذكر أن هناك 6 مجموعات من بطاريات الليثيوم أيون في المقصورة الأساسية للمحطة الفضائية، تحتوي كل منها على 66 خلية مفردة.صمم الباحثون أيضًا نظامًا ذكيًا لإدارة بطارية الليثيوم لتحقيق التحكم في شحن بطارية الليثيوم بدقة عالية وموثوقية عالية وأمان عالي.يتم تنشيط آلية الحماية ثلاثية المستويات عند شحن البطارية، ويتم تنفيذ مراقبة درجة الحرارة.عندما تكون درجة حرارة الشحن أعلى من قيمة درجة الحرارة الآمنة المحددة، سيتم شحن البطارية على الفور.

أثناء تشغيل المحطة الفضائية في المدار لأكثر من 10 سنوات، يحتاج رواد الفضاء إلى استبدال بطاريات الليثيوم في المدار بشكل دوري.كيف يمكن ضمان التشغيل الآمن لرواد الفضاء دون التأثير على مصدر الطاقة الطبيعي للمحطة الفضائية؟قدم المطورون "تأمينًا مزدوجًا" لعملية استبدال بطارية الليثيوم.تحتوي الحجرة الأساسية على قناتين للطاقة.عندما يلزم استبدال إحدى القنوات ببطارية، يتم استخدام القناة الأخرى كمصدر طاقة رئيسي.في كل قناة طاقة، عندما يلزم استبدال البطارية في أي وحدة، يتم إيقاف تشغيل الوحدة، ويمكن للوحدتين المتبقيتين ضمان مصدر الطاقة الطبيعي لهذه القناة.

بالإضافة إلى ذلك، قام الباحثون بتركيب مفتاحين مجزأين متوازيين في وحدة بطارية الليثيوم أيون.من خلال تقليل جهد حزمة البطارية إلى نطاق الجهد الآمن لجسم الإنسان، فإنها تلبي متطلبات جهد الأمان البالغ 36 فولت لجسم الإنسان وتحمي رواد الفضاء في الميدان.السلامة الشخصية أثناء صيانة السكك الحديدية.

وبعد إطلاق الوحدة الأساسية بنجاح، ستكون المهمة التالية هي مركبة الشحن الفضائية "تيانتشو 2"، ومن ثم سيتم إطلاق المركبة الفضائية المأهولة.وبعد أن تلتحم المركبة "تيانتشو 2" بالوحدة الأساسية، فإنها ستحمل ثلاثة رواد فضاء.وستدخل المركبة الفضائية “شنتشو XII” أيضًا في مرحلة الإعداد للإطلاق.افتتح إطلاق الوحدة الأساسية تيانخه رسميًا المقدمة لبناء محطة الفضاء الصينية، وكان أيضًا علامة بارزة في تاريخ رحلات الفضاء المأهولة في الصين.لقد كان ذلك بمثابة علامة على أن بناء محطة الفضاء الخاصة ببلادي قد دخل مرحلة التنفيذ الكامل ووضع أساسًا متينًا للبعثات اللاحقة.