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焦点简讯:中国空间站这么贵，为何还要装1吨重的6个铁球？

来源：科普中国

火箭发射时，所有的承载量都要用到刀刃上。因此载重量可是能轻则轻，绝对不能超重，

毕竟，航天器的造价不菲，每一克的价值就如同半两黄金。


(相关资料图)

然而，我国的空间站却带了6个大铁球上去，加起来总质量有1吨的样子。

为什么载重量如此吃紧的情况下，还要带大铁球呢？是嫌空间站太轻了？

6个大铁球

这6个大铁球位于天宫空间站的核心舱“天和”上，整齐地排列在核心舱边缘的圆圈上。

在航天领域有这样一个说法：每增重航天器1千克，就要相应增加750千克的燃料。

所以在设计航天器的时候，是能减轻质量就减轻质量，既节约燃料，又节约成本。

可是，这6个铁球加起来的质量有1吨左右，那么增加的燃料得750吨。

难道安装这6个铁球是为了证明咱们国家的航天不缺钱？

当然不是，航天器上面的每一个零部件都是有其作用的，我们不能光看这6个铁球重，而忽视它在空间站中所发挥的作用。

这些大铁球有一个专业名词，叫作“控制力矩陀螺”，也就是说，它看似是个球，其实本质上是陀螺。

它会像陀螺一样旋转，然后改变空间站的力矩，用以调整空间站的姿势。

我们都知道，空间站不可能永远保持一个姿势，它需要根据各种情况进行调整。

这6个大铁球并不是镶嵌在天和号上的，它们和核心舱之间有一个连接器。

这6颗铁球均匀分布，如果需要调节方向，可以旋转这6个陀螺，最高转速可以达到7000转/秒。

如果对它们的工作还是没有概念，我们可以想象一种玩具手指陀螺，当它在人的手上快速旋转时，手指会感受到一股力。

这其实就是手指陀螺在改变人手的力矩，不过因为它太小了，不足以改变我们手的姿势。

所以，这不是给空间站增重的，而是它必须的零部件。

但是这种零部件一个就有100多公斤重，万一出了故障如何更换呢？

很简单，100多公斤是它在地球上的重量，进入太空之后失重，宇航员都是大力士，搬动100多公斤的铁球完全不是问题。

在天和机械臂的帮助下，就能实现更换。

大铁球工作

空间站虽然会在太空中停留很久的时间，但并不表示它会不用调整自己的飞行轨迹。

甚至在特殊时刻，它还需要调整自己的轨道。

太空中存在着超过1亿件太空垃圾，它们大小各异，有些是废弃的卫星，一坨就有几百公斤重；也有一些是脱落的碎片，只有几克重。

它们的飞行速度在2.8到7千米/秒，这样的速度，随便一撞，轻则毁掉零部件，重则直接空间站报废。

天宫空间站在设计之初，就必须考虑到这种危险情况。

因此，必须具备调节自身姿势的功能，不然就直愣愣地被撞了。

除了躲避危险，空间站在对接的时候，也要调整自己的姿势，以便更好地对接。

航天器对接分为手动和自动，不管哪种，都需要这6个大铁球发挥作用。

必要的时候，空间站甚至会掉一个头，保证自己的某一部分始终朝着地球，能更好地接受地球的信号或者发射信号。

国际空间站建设的时候，还没有控制力矩陀螺，所以采取的是反推，利用发动机朝反方向喷射，以便调整方向和姿势。

这样的后果就是使用很多燃料进去，根据统计，国际空间站每年需要10亿美元的额外燃料，它们主要被用于调整空间站上。

后来，国际空间站实在是承受不起这样的烧钱，于是在空间站的主体舱上安装了4个控制力矩陀螺，每个的质量在270多千克。

因为可以用电力驱动它，而空间站上的电来自太阳能充电板，这样就能节省不少燃料。

我国吸取了这个教训，一开始就使用控制力矩陀螺，节省了很多成本。

所以，不要再说安装铁球是费钱，人家是节省钱的。

空间站的推进器

不少人认为，空间站这个大家伙，推进它需要很大的能量吧。

其实，天宫空间站的推进器，力量在地球上只能推动一张纸，惊不惊喜？意不意外？

这种推进器叫做霍尔推进器，就是大家高中都很熟悉的霍尔效应。

通俗来说，空间站的推进器喷出来的不是火，而是粒子流。利用电场给带电粒子加速，它们以极快的速度被喷射出来，提供了一个推力。

我国的空间站重达60多吨，但是推进器只有0.32牛的推力。

在地球上，真的只能推一张纸。但是在太空中，没有空气阻力，只要轻轻一个力就能让空间站前进。

不过，霍尔推进器也是要耗能的，它会消耗电能和粒子。

电能主要来源于太阳能充电，粒子来自于提前带上去的气体，主要是氙气。

氙气容易电离，产生带电粒子。果然是天宫，连驱动都是氙（仙）气！

如果氙气消耗完毕，就会因为喷射粒子不够而出现喷射不足的现象。

所以，补充物质的运输火箭，可以定期补充压缩的氙气上去。

为何选择粒子推进器而不是燃料推进器呢？这是因为，太空没有氧气，如果使用燃料，还需要额外携带助燃剂，这会增加携带的重量。

霍尔推进器没有这个顾虑，它只需要携带足够的粒子就可以实现连续不断地供能。

此外，霍尔推进器的速度上限比燃料更高，燃料的极限速度是第一宇宙速度，但是霍尔推进器的极限速度，理论上可以达到第三宇宙速度，甚至更大。

某种程度上，它才是未来航天动力的主力。

只是，目前的霍尔推进器提供的推力都比较小，最大的推进器大约3牛顿的力，想要用它实现自由的飞行，还需要继续努力。

空间站的作用

有人抨击我国的空间站是“面子工程”，劳民伤财，没有实用。

实际上，我们每个人都是航天技术的受益者，只是很多人没有发现。

我们吃的蔬菜、水果，甚至是西北地区种的树，里面都有一种神秘的科技——太空育种。

植物的细胞在失重、辐射的情况下，会出现变异，改变原有的性状，得到新的性状，比如产量提高、更耐旱、更耐寒等。

比如我们市面上的一种辣椒，它的维生素含量比一般辣椒高30%，它不是普通的辣椒，它是去太空旅行过的辣椒！

很多人不知道，我国的太空育种有超过2000亿的市场规模，已经逐渐进入大家的生活。

只可惜，一些人吃着太空育种的高品质蔬菜，说着“面子工程”的风凉话。

空间站还有一个功能，就是完成太空实验，尤其是生物实验。

我们知道，实验需要大型的设备，如果只是普通的载人卫星，宇航员在上面根本施展不开，更不可能携带大型实验设备。

能做到这两点的，只有空间站。因为西方国家的阻扰，我国无法进入国际空间站，如果没有自己的空间站，那么有些实验，我们永远做不了。

比如大家都很关心的太空种菜，没有空间站就没法进行。

为了不浪费我国种菜的种族天赋，将菜种向星辰大海，我们需要空间站。

所以，天宫空间站不是我国探索太空的尽头，它只是一个起点。

未来，会有更多的国产航天器在太空中发挥它们各自的作用。

（声明：本文来源宇宙解码，转载仅做学习交流，非商业用途，所有转载文章都会注明来源，如文章、照片的原作者有异议，请于后台联系我们，我们会进行快速处理或删除，谢谢支持。）

关键词： 国际空间站 的情况下

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