放飞“移动城堡”——空间站的轨道控制

第六节
放飞“移动城堡”——空间站的轨道控制

空间站运行在距离地球400km左右的近地轨道上。航天器飞行的轨道并不像地面上的高速公路一样有着明确的边界，而是在一定的轨道高度上维持着动态的平衡。强大的“发动机”控制空间站的“闪转腾挪”，如同一座“移动城堡”。

1.“移动城堡”的组成

帮助空间站完成轨道控制的是两种发动机，一种是化学燃料发动机，另一种是电推进发动机。两者都是通过喷射出一定的气流或者离子（统称为工质），从而让空间站具有轨道维持的能力。

2.“移动城堡”的设计原则

第一，动态维持。在400km的高空，因为还有稀薄的大气，在不控制空间站的情况下，空间站会因大气阻力而每天向地面的方向下降100m左右的高度，为了维持空间站的运行高度，就必须不断地把空间站往高处推一推，让空间站可以在400km左右的高度上维持动态的平衡。

第二，减少化学燃料使用。化学燃料发动机的推力强，效率高，是非常好用的空间站推进装置。可是化学燃料在轨无法重复使用，必须依靠“天舟”货运飞船补加，成本极高。因此，在空间站上，除了常规的轨控发动机外，还使用了电推进发动机共同完成空间站的轨道控制。

3.“移动城堡”的巧设计

为什么在空间站上既要安装化学燃料发动机，又要安装电推进发动机呢？这是因为两种发动机各有所长，可以说一个是“迅猛刚强”，另一个是“绵延不断”。两种发动机在太空中协同工作，共同完成空间站的姿态控制和轨道维持工作。

相比于化学燃料发动机，电推进发动机喷射出来的工质速度快了十多倍，因此获得的比冲也是十多倍，所以为了达到相同的速度，电推进发动机所消耗的燃料质量只有化学燃料发动机的十分之一。通过电推进发动机的使用，可以减少需要货运飞船补给的化学燃料质量，降低空间站的在轨运营成本。

可是电推进发动机也有一个明显的缺点，那就是每次发射的离子质量很小，因而产生的推力也很小，只有零点几牛的大小，在地面上只能推动一张薄纸，所以无法应用于火箭发射。但是在太空中，空间站可以使用电推进发动机不断喷射离子，长时间积累下，就可以完成对轨道的维持。中国空间站上配置了4台电推进发动机，长期使用可以减少化学燃料的消耗，让空间站可以更加长久地在太空中运行。