เปิดตัว “Tianhe Core Module” สำเร็จแล้ว!จะแก้ไขปัญหาการใช้พลังงานบนสถานีอวกาศได้อย่างไรและปลอดภัยแค่ไหน?

เมื่อวันที่ 29 เมษายน จรวดขนส่ง Long March 5B Yao-2 ได้นำโมดูลหลักของสถานีอวกาศ Tianhe ขึ้นสู่อากาศได้สำเร็จที่จุดปล่อยอวกาศเหวินชางในประเทศจีนนี่เป็นอีกช่วงเวลาประวัติศาสตร์ในประวัติศาสตร์การบินอวกาศที่มีคนขับในประเทศของฉัน หลังจากประสบความสำเร็จในการบินครั้งแรกของจรวดขนส่ง Long March 5B ในเดือนพฤษภาคม 2020

        สถานีอวกาศมนุษย์ของจีน หรือที่เรียกกันว่าสถานีอวกาศจีนหรือสถานีอวกาศเทียนกง เป็นระบบห้องปฏิบัติการอวกาศที่มีลักษณะเฉพาะแบบจีนประกอบอยู่ในวงโคจรความสูงของวงโคจรของสถานีอวกาศอยู่ที่ 400-450 กิโลเมตร มุมเอียงคือ 42-43 องศา สถานีอวกาศที่มีคนขับชื่อ “เทียนกง” และยานอวกาศบรรทุกสินค้าชื่อ “เทียนโจว”สถานีอวกาศจีนใช้ "โมดูลแกนเทียนเหอ", "โมดูลทดลองเหวินเทียน" และ "โมดูลทดลองเมิ่งเทียน" แบบสามห้องโดยสารเป็นองค์ประกอบพื้นฐาน

        โมดูลหลักเทียนเหอคือศูนย์บัญชาการและควบคุมสถานีอวกาศแห่งอนาคตชีวิตประจำวันของนักบินอวกาศจะดำเนินการที่นี่ และการทดลองวิทยาศาสตร์อวกาศและการทดลองทางเทคนิคบางอย่างจะดำเนินการที่นี่เพื่อให้นักบินอวกาศมีชีวิตยืนยาวในอวกาศสะดวกสบายยิ่งขึ้น โมดูลหลักจึงจัดเตรียมพื้นที่ประมาณ 50 ลูกบาศก์เมตรสำหรับนักบินอวกาศในการทำงานและใช้ชีวิตนอกจากการอัพเกรดพื้นที่นอนแล้ว ยังเพิ่มพื้นที่สุขาภิบาลพิเศษและพื้นที่กีฬาอีกด้วยนอกจากนี้ WIFI สามารถเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตในห้องโดยสารหลักได้ด้วยระบบขนาดใหญ่เช่นนี้ ความต้องการไฟฟ้าจึงได้รับการยกระดับเป็นเกือบสามเท่าของ "เทียนกง หมายเลข 2" ซึ่งต้องการการป้องกันพลังงานที่แข็งแกร่ง

        ในอวกาศ แหล่งพลังงานเดียวสำหรับโมดูลหลักคือพลังงานแสงอาทิตย์ ดังนั้น ห้องโดยสารหลักเทียนเหอจึงติดตั้งปีกเซลล์แสงอาทิตย์พื้นที่ขนาดใหญ่ 2 คู่ โดยปีกเดียวมีพื้นที่ 67 ตารางเมตรโดยจะแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าในพื้นที่ที่มีแสงสว่างเพื่อใช้ทั่วทั้งห้องโดยสาร และในขณะเดียวกันก็เก็บพลังงานไว้เป็นแบตเตอรี่เพื่อใช้เมื่อห้องโดยสารหลักบินไปยังพื้นที่สีเทากำลังการผลิตไฟฟ้าเริ่มต้นของปีกเซลล์แสงอาทิตย์ทั้งสองชุดนี้เกิน 18,000 วัตต์ ซึ่งสูงกว่ายานอวกาศใดๆ ก่อนหน้านี้ในจีนมาก

ปีกเดี่ยวของปีกแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ของ "Tiangong-2" อยู่ที่เพียง 3 เมตร และปีกแบตเตอรี่เดี่ยวของห้องโดยสารหลักของ Tianhe เพิ่มขึ้นเป็น 12.6 เมตรพื้นที่บรรทุกของยานปล่อยนั้นมีจำกัด และนักพัฒนาได้ใช้ปีกแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่นของการติดตั้งแบบหลายมิติและหลายขั้นตอนเป็นครั้งแรกในจีน และปัญหานี้ได้รับการแก้ไขอย่างชาญฉลาดได้รับประโยชน์จากการใช้เซลล์แสงอาทิตย์แกลเลียมอาร์เซไนด์สามทางแยกพร้อมประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริคประสิทธิภาพสูงเมื่อรวมกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงานจำเพาะสูง จะสร้างระบบไฟฟ้าที่ทรงพลังเพื่อให้การผลิตไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องที่เชื่อถือได้และเพียงพอสำหรับสถานีอวกาศ.

ฟังก์ชั่นพิเศษอีกอย่างหนึ่งของปีกแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ของห้องโดยสารหลักก็คือ สามารถถอดประกอบและเคลื่อนย้ายปีกทั้งหมดระหว่างวงโคจรได้โดยคำนึงถึงว่าปีกโซลาร์เซลล์ของห้องโดยสารหลักจะถูกปิดกั้นหลังจากการก่อสร้างสถานีอวกาศครั้งต่อไปเสร็จสิ้น ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อการผลิตไฟฟ้า ปีกโซลาร์เซลล์ทั้งสองปีกสามารถถอดประกอบและขนย้ายออกไปนอกห้องโดยสารได้โดยนักบินอวกาศและแขนหุ่นยนต์ และติดตั้งไว้ที่ส่วนท้ายของห้องโดยสารทดลองเพื่อการเปิดตัวครั้งต่อไปบนโครงยึด ช่องจ่ายไฟจะถูกสร้างขึ้นใหม่บนวงโคจรเพื่อให้ทราบถึงหน้าที่ของการขยายพลังงานบนวงโคจร

สถานีอวกาศปฏิบัติการอย่างเสถียรมาเป็นเวลานานในวงโคจร และนักบินอวกาศก็อยู่ในวงโคจรเป็นเวลานานความปลอดภัยของสถานีถือเป็นประเด็นที่สำคัญที่สุดเมื่อสถานีอวกาศวิ่งเข้าไปในพื้นที่เงาซึ่งไม่สามารถฉายรังสีจากดวงอาทิตย์ได้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะทำหน้าที่จ่ายพลังงานให้กับห้องโดยสารทั้งหมดจะมั่นใจในความปลอดภัยของแบตเตอรี่ได้อย่างไร?

นักวิจัยพบวิธีแก้ปัญหาหลังจากการวิจัยระยะยาวพวกเขาออกแบบกอายุยืน, ความจุขนาดใหญ่, มีความปลอดภัยสูงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ตอบสนองความต้องการการปฏิบัติงานของสถานีอวกาศแบตเตอรี่ใช้ไดอะแฟรมเซรามิกซึ่งมีผลดีในการป้องกันการลัดวงจรภายในในขณะเดียวกัน มีการใช้วัสดุหน่วงไฟในชุดแบตเตอรี่เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ไหม้เนื่องจากอุณหภูมิสูง

มีรายงานว่ามีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 6 ชุดในช่องหลักของสถานีอวกาศ โดยแต่ละชุดมีเซลล์เดี่ยว 66 เซลล์นักวิจัยยังได้ออกแบบระบบการจัดการแบตเตอรี่ลิเธียมอัจฉริยะเพื่อให้ได้รับการควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีความแม่นยำสูง เชื่อถือได้สูง และมีความปลอดภัยสูงกลไกการป้องกันสามระดับจะเปิดใช้งานเมื่อมีการชาร์จแบตเตอรี่และมีการตรวจสอบอุณหภูมิเมื่ออุณหภูมิในการชาร์จสูงกว่าค่าอุณหภูมิที่ปลอดภัยที่ตั้งไว้ แบตเตอรี่จะถูกชาร์จทันที

ในระหว่างการปฏิบัติงานในวงโคจรของสถานีอวกาศมานานกว่า 10 ปี นักบินอวกาศจำเป็นต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ลิเธียมในวงโคจรเป็นระยะจะมั่นใจได้อย่างไรว่านักบินอวกาศทำงานอย่างปลอดภัยโดยไม่กระทบต่อแหล่งจ่ายไฟปกติของสถานีอวกาศ?นักพัฒนาซอฟต์แวร์ได้จัดเตรียม "การประกันสองเท่า" สำหรับการดำเนินการเปลี่ยนแบตเตอรี่ลิเธียมช่องหลักมีช่องจ่ายไฟสองช่องเมื่อจำเป็นต้องเปลี่ยนช่องใดช่องหนึ่งด้วยแบตเตอรี่ อีกช่องหนึ่งจะถูกนำมาใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟหลักในแต่ละช่องจ่ายไฟ เมื่อจำเป็นต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ในยูนิตใดๆ เครื่องจะถูกปิด และอีกสองยูนิตที่เหลือสามารถรับประกันการจ่ายไฟตามปกติของช่องนี้

นอกจากนี้ นักวิจัยยังได้ติดตั้งสวิตช์แบ่งส่วนแบบขนานสองตัวในโมดูลแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนด้วยการลดแรงดันไฟฟ้าของชุดแบตเตอรี่ให้เหลือช่วงแรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัยของร่างกายมนุษย์ ทำให้เป็นไปตามข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้าเพื่อความปลอดภัย 36 โวลต์ของร่างกายมนุษย์ และปกป้องนักบินอวกาศในสนามความปลอดภัยส่วนบุคคลระหว่างการบำรุงรักษาราง

หลังจากเปิดตัวโมดูลหลักได้สำเร็จ ภารกิจถัดไปคือยานอวกาศขนส่งสินค้า "Tianzhou II" จากนั้นยานอวกาศที่มีคนขับจะถูกปล่อยออกไปหลังจากที่ "Tianzhou II" เทียบท่าด้วยโมดูลหลักแล้ว ก็จะบรรทุกนักบินอวกาศ 3 คนยานอวกาศ “เสินโจว XII” จะเข้าสู่ขั้นตอนการเตรียมการปล่อยเช่นกันการเปิดตัวโมดูลหลักเทียนเหอถือเป็นการเปิดฉากการก่อสร้างสถานีอวกาศของจีนอย่างเป็นทางการ และยังเป็นเหตุการณ์สำคัญครั้งสำคัญในประวัติศาสตร์การบินอวกาศด้วยมนุษย์ของจีนอีกด้วยเป็นสัญญาณบ่งบอกว่าการก่อสร้างสถานีอวกาศในประเทศของฉันได้เข้าสู่ขั้นตอนการดำเนินงานเต็มรูปแบบแล้ว และวางรากฐานที่มั่นคงสำหรับภารกิจต่อๆ ไป