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科学|国际空间站在持续移动,卫星是如何与其对接的?



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大家是否听说过《八十天环游地球》这本书呢?书的开头 , 是两个主人公在计划一个80天环游地球的旅程路线 。 如果书中的这两主人公现在还活着的话 , 那么 , 他们在一天内就能实现环游地球15.54次 。 因此 , 80天的时间 , 他们完全可以环游世界1243.2次 。

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我认输了
不好意思闪电侠
也许你会问 , 他们该怎么做才能实现呢?他们需要做的 , 就是埋头苦读至少二十年 , 取得优异的成绩 , 进入像NASA一样的顶级科研机构 , 开始遥遥无期的训练 , 最终乘坐火箭 , 在国际空间站以每小时27724公里的速度绕地飞行时 , 朝它飞去 , 将火箭和空间站进行对接 , 然后 , 舒舒服服地呆在空间站内 , 以这个速度绕地球飞行80天 。

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【科学|国际空间站在持续移动,卫星是如何与其对接的?】

快停下来!!
无论这些听起来有多么不可思议 , 我们已经向国际空间站发送了102个无人飞行器 , 有一个正在途中;同时 , 85个载人航天组被分配执行不同的任务 , 一个已经与国际空间站对接成功 , 并且 , 还计划着利用国际空间站来发展太空旅行!

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连猫也能太空度假了
国际空间站飞行的动力是什么?它是如何达到这样快的速度的?
空间站能够以每小时17000英里的速度运行 , 而地球上飞机的时速只有每小时1600英里 , 这个数据的对比看似非常惊人 。 这是因为 , 对于地球上的飞机来说 , 穿过地球大气 , 面对持续的空气阻力 , 它需要消耗燃油来提供飞行动力 , 而对一个空间站来说 , 它是在近地轨道上 , 受地球引力的影响而移动 , 它的运动依靠的只是轨道力学 , 因此 , 空间站的飞行速度远大于地球上的飞机 。

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国际空间站沿近地轨道移动
由于太空中没有空气阻力 , 参照牛顿第一定律(任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态 , 直到外力迫使它改变运动状态为止) , 空间站在引力的影响下 , 并不需要其他的力去维持它的运动 。 对于空间站来说 , 只有当它在必须要克服引力 , 来改变运行轨道的情况下时 , 才需使用燃料 。 由此可见 , 为了使空间站保持在一个特定的高度 , 它必须在地球磁场的影响下运动 。

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国际空间站在它的轨道内绕地球飞行
在高速飞行下 , 国际空间站将如何实现与火箭、宇宙飞船或其他模件的对接?
火箭是如何与持续运动中的空间站相接的?
空间站的速度取决于引力 , 引力又取决于空间站和地球的质量 , 以及空间站和地球间的距离 。 很明显 , 空间站的质量远远小于地球 。 因此 , 决定空间站质量的主要因素 , 是他们间的距离 , 也就是空间站距离地球表面的高度 。 任何火箭或是宇宙飞船在要与国际空间站进行对接时 , 首先要达到与空间站相同的高度 , 同时 , 达到与空间站运行一致的速度 。 所以 , 即便对接过程纷繁复杂 , 但是还是能够实现的 , 因为他们的相对速度不至于相差甚远 。

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我们可以做到!!!
事实上 , 这个过程并不容易的 。 首先 , 飞到空间站的高度(据地表约220英里)需要花费两天的时间;随后 , 飞行器会在空间站的下方继续跟随他 , 当它们接近时 , 飞行器会“翻一个筋斗”!“翻筋斗”看起来非常酷对不对?但是 , 当这是在冒着1000亿美元的风险进行的时候 , 它这么做可就不是为了看起来很酷了! 分页标题

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2017年5月 , SpaceX龙飞船与国际空间站进行对接(图源:NASA)
正是因为飞行器“翻了个筋斗” , 空间站的宇航员才有机会拍下400张左右飞行器最脆弱部位的照片 , 发送到NASA(美国国家航空航天局) , 以进行裂缝和坑洞的检查 。 如果问我这是不是很酷的话 , 我还是会说 , 是的!
可是 , 当进行对接时 , 人类是如何在那样的速度下存活的?
当一辆汽车飞驰时 , 你可以感受到它的移动 , (假设你坐在的车内)因为把周围的环境当作参照物时 , 汽车的相对速度非常快 。 但是 , 当地球以每小时1600公里的速度自转或每小时108000公里的公转时 , 你却感受不到 。 这是因为你也在随之运动 , 你和地球的相对速度为零 。 同样的道理 , 对于那些要与国际空间站对接的飞行器来说 , 它们需要达到每小时27724公里的速度 , 这时它们和空间站的相对速度为零 , 所以 , 他们是感受不到的 。
距离第一次与国际空间站的对接 , 已经过去19年了 , 如今 , 在经过了与多个无论是载人还是无人飞行器的对接后 , 国际空间站已经成为了近地轨道上最大的人造的物体 , 并且用肉眼就能直接观察得到 。 虽然 , 我们能看到的只是一条移动的光线 , 但那也非常不错了!

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从地球上看到的国际空间站(图源:Flickr)
国际空间站的大小为109米*73米 , 只比一个橄榄球场稍微大一点 。 它的质量为450吨 , 相当于450辆中等大小的汽车的质量之和 。 5月14日 , 一个航天飞行器刚刚启程 , 向国际空间站运送一个新的科学模件 。 到目前为止 , 国际空间站的完成度约为98% 。

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国际空间站 , 截至2017年 , 完成度约为98%(图源:NASA/Crew of STS-132/Wikimedia Commons)
浩瀚的宇宙中还存在着太多的未知 , 也许多到让我们百思不得其解 。 即便如此 , 回顾我们已经取得的成就 , 也是非常值得高兴的 。 如果你想看一看国际空间站 , 那就抬起头 , 看一看你所在地方的天空中 , 空间站有可能经过的区域 。 每隔几天 , 国际空间站都会有1-2分钟裸眼可见的时间 。
下面的漫画作品 , 来自一个才华横溢的六岁孩子

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聪明的凯文(Wise Calvin)
作者: Wise Calvin
FY: ZW天权
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    来源:(天文在线)

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