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科普 | 航天器舷窗会突然爆裂吗?

装备科技 2019-05-19



上周,感动中国2018年度人物揭晓了

川航机长刘传健是其中之一

提到刘传健

就不得不说发生在去年的那起航空事故

2018年5月14日,川航3U8633航班在万米高空突然发生驾驶舱风挡玻璃爆裂脱落的紧急状况。驾驶舱瞬间失压,副驾驶险些被吸出机外,舱内气温降至零下40度,仪器多数失灵。生死关头,刘传健克服了威胁生命安全的低温、缺氧、强气流等危险,凭借着强大的心理素质以及过硬的操作技术,在成都双流机场安全迫降,确保了机上119名旅客生命安全,创造了世界航空史上的奇迹。

回顾

回想起那次惊险的事件

在为英雄机长点赞的同时

也许有人会产生这样的疑问

航天器舷窗会不会突然爆裂脱落呢

在查找了相关资料后

小编并没有发现类似的情况


我们知道,航天器面临的环境可比飞机要复杂得多,那么看似普通的航天器舷窗是怎样做到如此坚固的呢?


实际上,航天器舷窗面临着更多困难,而这些困难一一被化解并不只是因为航天器舷窗的特殊材质,还要得益于航天器舷窗的独特结构。

清晰透明的航天器舷窗


航天器舷窗大多是三层结构,最外层采用耐热性能好的高硅氧或石英玻璃,用做热防护;中间层与最内层采用热稳定性好、强度高的强化硅酸盐玻璃,用来承压、承力。

三层玻璃结构示意

最外层与中间层之间为真空,避免热对流,更大程度上进行热防护。同时,中间层与最内层玻璃之间则充氮气,并且玻璃与舱体接缝处采用橡胶来密封,提高中间层与最内层的承压、承力能力。


采用如此复杂的结构是有道理的

请往下看:

各个击破

防热玻璃与密封玻璃分开,避开了单层玻璃需要耐高温同时密封的难点,两项难题分开解决,各个击破;

逐渐降温

内两层玻璃经适当的隔热,已接近中温和常温,因而比较易于实现密封;

冗余设计

内两层的单层玻璃的承压能力按飞船舱内正常大气压设计,而使用双层玻璃是为了保证承压与密封的冗余设计,即双层玻璃中任一层损坏时,另一层玻璃仍可以正常工作。


为了实现牢不可破,航天器舷窗还不单只有3层玻璃的结构形式呦!比如,国际空间站上的广角天窗的防护玻璃就多达4层,由外到内分别为碎片防护层、冗余承压层、主承压层和内部防护层。其最外层的碎片防护层的结构又是相对独立的,如果最外层出现损伤还可以更换。

国际空间站上的广角天窗


可见,通过精心选材加上独特设计打造出来的航天器舷窗是非常牢靠的,但在复杂的空间环境中,也存在着它的“天敌”,比如空间碎片与微流星。

近地空间上的空间碎片分布

空间碎片的大小从微米级到米级都有,分布在常用的载人航天器轨道区域。微流星是在星际空间高速运动的固体中性不带电颗粒,质量通常小于1克。

通常,航天器、空间碎片与微流星在各自的轨道上高速运行。如果航天器不慎与之相撞,就可能会对航天器舷窗造成损坏,严重的甚至会危及整个航天器的安全运行。这种说法可一点都不夸张呦,两个高速运行的汽车突然相撞,那种情况尽管也十分糟糕,但车速比起太空中物体的速度来说就不算什么了。

在美国航天飞机120多次飞行过程中,共发生了50次轨道物体碰撞,25块舷窗因撞击需要更换。挑战者号航天飞机在一次飞行中,双层舷窗中的一层被小碎片撞击后打穿了一个小洞。此外,苏联宇宙1275号(COSMOS-1275)导航卫星1981年7月发生的爆炸事件,据推测也是由碎片撞击引起的。

航天飞机舷窗被

碎片撞击的痕迹


所以,每一次事故都可能是致命的,小小碎片真是“伤不起”!为了避免事故和伤害,各主要航天大国也正积极地开展相关研究。中国科学家早在20世纪90年代就开展了相关研究,并已逐渐建立起相关的机构和观测站。

空间环境预报中心发布的

空间碎片预报图


未来,一方面我们将通过监测、搜索和研究空间碎片及微流星体的分布、轨道和运动规律,对空间碎片及微流星体进行编目,建立相关的数据库,规避它们对航天器带来的危害。另一方面,随着新材料的涌现以及技术的不断革新,相信航天器也会变得愈加坚固。未来可期,让我们拭目以待吧!

▋来源:中国航天科普

▋监制:邹维荣

▋责编:韩阜业

▋编辑:弥向阳

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