สถานีอวกาศ เหตุใดจึงมีลูกเหล็กขนาดใหญ่อยู่ที่สถานีอวกาศของจีน

สถานีอวกาศ ก่อนหน้านี้ การกลับมาของยานเสินโจว 13 พร้อมกับฮีโร่ด้านการบินและอวกาศ 3 คน ทำให้เกิดการถกเถียงกันอย่างดุเดือดบนอินเทอร์เน็ต และการเปิดตัวยานอวกาศเสินโจว 14 ที่กำลังจะมีขึ้นก็มีความคาดหวังมากมายเช่นกัน ในความเป็นจริง ด้วยการกลับมาอย่างราบรื่นของยานอวกาศเสินโจวในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความคืบหน้าของโครงการก่อสร้างตึกของจีนในอวกาศก็ค่อยๆเร่งตัวขึ้น

คุณรู้หรือไม่ว่าโครงสร้างในอวกาศนั้นแตกต่างจากบนบก และค่าขนส่งอย่างเดียวก็สูงอย่างน่าประหลาดใจ God XIV มีกำหนดเปิดตัวในเดือนมิถุนายน 2565 ดังนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่าสถานีอวกาศของจีนมีทองคำ 1.5 กรัมใน 1 กรัม อย่างไรก็ตาม เพื่อนที่ระมัดระวังบางคนพบว่าโมดูลหลักของสถานีอวกาศเทียนกงของจีนมีลูกบอลเหล็กที่ดูเหมือนไร้ประโยชน์ 6 ลูกและน้ำหนักรวมของพวกมันถึง 1 ตันแล้ว

ทุกคนรู้ดีว่าด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีและทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัดของโลก การแข่งขันระดับนานาชาติในอนาคตจะต้องเกี่ยวข้องกับสนามอวกาศอย่างแน่นอน และแม้แต่สนามอวกาศเป็นตัวหลัก ดังนั้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในขั้นตอนนี้ โดยเฉพาะการก่อสร้าง สถานีอวกาศ แม้ว่าประเทศของเราจะเริ่มต้นค่อนข้างช้า แต่ด้วยความพยายามของนักบินอวกาศหลายชั่วอายุคน

ปัจจุบันประเทศของเรากำลังพัฒนาได้เป็นอย่างดี และกำลังก้าวไปข้างหน้าอย่างมั่นคงตามแผนที่กำหนดไว้ก่อนหน้านี้ ณ สิ้นเดือนเมษายน พ.ศ. 2564 โมดูลหลักเทียนเหอของสถานีอวกาศในประเทศของเราประสบความสำเร็จใน การยกออกจากจรวดขนส่งลองมาร์ช 5 บี นี่เป็นเครื่องหมายว่าการก่อสร้างสถานีอวกาศในประเทศของเราได้เข้าสู่ขั้นตอนใหม่แล้ว

แน่นอนว่าเซินโจว-13 ประสบความสำเร็จในการเชื่อมต่อกับโมดูลหลักเทียนเหอหลังจากที่ถอดออก สถานีอวกาศของจีนประกอบด้วยสามส่วนพื้นฐาน โมดูลหลักเทียนเหอ โมดูลทดลองเวนเที่ยน และโมดูลทดลองเหมิง เถียน โมดูลหลักเป็นโมดูลหลักของการควบคุมรวมของสถานีอวกาศ และมีความสามารถที่หลากหลายเช่น การนัดพบและการเทียบท่าการจอดเคลื่อนตัว

การพักกระยะยาวของนักบินอวกาศเป็นต้น เห็นได้จากฟังก์ชันการใช้งานที่ห้องโดยสารหลักมีความสำคัญมาก ความสามารถในการครอบครองพื้นที่ในห้องโดยสารหลักที่สำคัญเช่นนี้ แสดงให้เห็นว่าบทบาทของลูกเหล็กทั้งหกนี้ก็ไม่ธรรมดาเช่นกัน ในความเป็นจริงลูกเหล็กทั้ง 6 ลูกนี้ไม่แข็งอย่างแน่นอนและมีมู่เล่เหล็กซ่อนอยู่ข้างใน

ชื่อระดับมืออาชีพของอุปกรณ์คือควบคุมโมเมนต์ไจโรสโคปหรือ CMG ย่อมาจากภาษาอังกฤษ ซึ่งเป็นตัวกระตุ้นการควบคุมทัศนคติของยานอวกาศ ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ประกอบด้วยโรเตอร์และเฟรม โรเตอร์หมุนด้วยความเร็วเชิงมุมคงที่ เพื่อให้โมเมนตัมเชิงมุมคงที่ ส่วนประกอบเฟรมขับเคลื่อนส่วนประกอบโรเตอร์ให้หมุนรอบแกนเฟรมในแนวตั้งฉากกับทิศทางของมุม

เวกเตอร์โมเมนตัม เปลี่ยนทิศทางของเวกเตอร์โมเมนตัมเชิงมุมและตระหนักถึง CMG และอวกาศ โมเมนตัมเชิงมุมถูกแลกเปลี่ยนระหว่างอุปกรณ์ และแรงบิดของไจโรจะถูกส่งออกในเวลาเดียวกัน โดยปกติแล้วไจโรสโคปทั้งสาม สามารถปรับทัศนคติได้โดยการรักษาการเคลื่อนไหว เห็นได้ชัดว่าลูกเหล็กเหล่านี้ไม่ใช่ของตกแต่งในห้องโดยสารหลักแต่มีหน้าที่สำคัญ

ไจโรโมเมนต์ควบคุมจะแลกเปลี่ยนโมเมนตัมกับยานอวกาศ และในที่สุดก็รับรู้การดูดซับของแรงบิดรบกวนภายนอก เพื่อให้ยานอวกาศสามารถรักษาสถานะเสถียรได้ ท้ายที่สุดแล้วโมดูลหลักมีไว้สำหรับรองรับผู้คนและทำการทดลอง ดังนั้นจึงไม่เหมาะหากถูกกระแทก ในอวกาศด้วยเหตุผลหลายประการ

แน่นอนว่านอกจากจะทำให้ยานอวกาศมีเสถียรภาพแล้ว อุปกรณ์นี้ยังสามารถเปลี่ยนทัศนคติของยานอวกาศ และปรับท่าทางได้อย่างรวดเร็ว เมื่อเทียบกับแอคชูเอเตอร์แรงเฉื่อยแบบดั้งเดิม การปรับค่านี้ไม่เพียงแต่มีแรงบิดเอาต์พุตที่มากขึ้น แต่ยังมีประสิทธิภาพที่สูงกว่าอีกด้วย ที่สำคัญยังช่วยประหยัดวัสดุอีกด้วย เทียนกง-2 เปลี่ยนทัศนคติภายใต้การกระทำของไจโรสโคปโมเมนต์

หากไม่ได้บรรทุกลูกบอลเหล็กขนาดใหญ่เหล่านี้ สถานีอวกาศของประเทศเราจะพึ่งพาอุปกรณ์แบบดั้งเดิมได้ก็ต่อเมื่อปรับทิศทาง นั่นคืออาศัยไอพ่นของเครื่องยนต์เพื่อเปลี่ยนแรงบิด คุณต้องรู้ว่าความน่าจะเป็นของการปรับเปลี่ยนเล็กน้อยดังกล่าว อาจเกิดขึ้นได้บ่อยมากในอนาคต และการใช้ทุกครั้งเป็นการผลาญเงินจำนวนมากท้ายที่สุด ค่าธรรมเนียมด่วนในอวกาศนั้นสูงเกินไป

ความเจ็บปวดในระยะสั้นดีกว่าความเจ็บปวดในระยะยาว แม้ว่าสถานีอวกาศจะมีน้ำหนัก 1.5 ทองคำต่อ 1 กรัม แต่ผู้ออกแบบยังคงเลือกความเสถียรและคุ้มค่ากว่า วิธีการบางคนอาจพูดว่าเลือกฟลายวีลแบบเดิมที่เบากว่าไม่ได้หรือ ท้ายที่สุดดูเหมือนว่าหลักการทำงานจะคล้ายกัน นี่เป็นเพราะแรงบิดที่ส่งออกโดยไจโร โมเมนต์ที่ควบคุมนั้นสูงกว่ามู่เล่ย์แบบดั้งเดิมมากถึงร้อยเท่า

ไดอะแกรมโครงสร้างล้อโมเมนตัม ที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าไจโรสโคปแรงบิดควบคุมมาก และสถานีอวกาศของเราไม่เหมือนดาวเทียมมันค่อนข้างเล็ก ดังนั้น สำหรับยานอวกาศขนาดใหญ่ข้อดีของการควบคุมโมเมนต์ไจโรสโคป จึงชัดเจนกว่า ไม่ต้องพูดถึงยังคงเป็นเรื่องยากมาก สำหรับสถานีอวกาศในประเทศของเรา

ในการบรรลุการซ้อมรบด้วยทัศนคติในมุมกว้างและการควบคุมทัศนคติ ที่มีความแม่นยำสูงและการควบคุมทัศนคติแบบรวมระหว่างการโคจร ความแม่นยำของหุ่นยนต์ประกอบเทียนกงสถานีอวกาศโมเมนต์ไจโรสโคป เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่าไจโรสโคปช่วงเวลาการควบคุมไม่ใช่สิ่งประดิษฐ์ดั้งเดิมของเรา อุปกรณ์นี้ถูกนำมาใช้ในศตวรรษที่ผ่านมา

ตัวอย่างเช่น มีอุปกรณ์ดังกล่าวบนสถานีอวกาศนานาชาติที่เกินเวลาให้บริการแต่ยัง คงใช้งานอยู่แต่จำนวนและน้ำหนักแตกต่างจากอุปกรณ์บนสถานีอวกาศของจีน ควบคุมโมเมนต์ไจโรสโคป สำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการอวกาศ การประยุกต์ใช้ไจโรสโคป โมเมนต์ควบคุม มีรายงานว่ามีการติดตั้งลูกบอลเหล็กขนาดใหญ่ 4 ลูกบนสถานีอวกาศนานาชาติเพื่อส่งออกโมเมนตัมเชิงมุม

บางคนอาจสงสัยว่าสถานีอวกาศนานาชาตินั้นใหญ่ และหนักกว่าสถานีอวกาศของเราไม่ใช่หรือ จะควบคุมทอร์กไจโรอย่างไรแต่ติดตั้งน้อยกว่า โมเมนต์ไจโรบนสถานีอวกาศนานาชาติ ตามรูปร่างลักษณะของสถานีอวกาศนานาชาติ ไจโรโมเมนต์ควบคุมควรมากขึ้น แต่ที่มีเพียง 4 ตัวก็เพราะว่าแต่ละตัวมีน้ำหนักมากกว่าเรา

ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้น น้ำหนักรวมของลูกเหล็กหกลูกบนโมดูลแกนนั้นเกือบหนึ่งตัน ในขณะที่น้ำหนักสุทธิของลูกเหล็กแต่ละลูกบนสถานีอวกาศนานาชาตินั้นมากกว่า 270 กิโลกรัม ซึ่งรวมกันแล้ว มากกว่าหนึ่งตัน ตามรายงาน เพื่อรักษาทัศนคติของสถานีอวกาศนานาชาติที่มีน้ำหนักมากกว่า 400 ตัน โรเตอร์ความเร็วสูงขนาดใหญ่ของ CMG สามารถให้โมเมนตัมเชิงมุมที่ 4760 นิวตันเมตร

แรงบิดเอาต์พุตที่ 258 นาโนเมตร นอกจากสถานีอวกาศนานาชาติในปัจจุบันแล้ว สกายแล็ปของสหรัฐอเมริกาและสถานีอวกาศเมียร์ของรัสเซียยังใช้อุปกรณ์นี้ ท้ายที่สุดแล้ว ตัดสินจากประสิทธิภาพที่หลากหลาย ราคาถูกและใช้งานง่าย ต่อมาผู้คนยังใช้อุปกรณ์นี้บนดาวเทียมเพื่อให้มันควบคุมทัศนคติของดาวเทียม ไจโร โมเมนต์ควบคุมบนดาวเทียมนั้นเล็กกว่าบนสถานีอวกาศมาก

แต่การมีอยู่ของมันช่วยปรับปรุงความสามารถของดาวเทียม ยกตัวอย่าง ดาวเทียมเวิลด์วิว-4 ที่มีความละเอียดสูง หลังจากติดตั้ง CMG แล้วความเร็วในการแปลงของเป้าหมายการถ่ายภาพจะดีขึ้นอย่างมาก ก่อนหน้านี้ใช้เวลาอย่างน้อย 30 ถึง 45 วินาที กับวงล้อโมเมนตัมแบบเดิมแต่ตอนนี้สามารถทำได้ภายใน 5 วินาที ไจโรสโคปโมเมนต์ควบคุมความเร็วตัวแปรขนาดเล็ก

สำหรับดาวเทียมตรวจจับระยะไกล ดังนั้นการวิจัยเกี่ยวกับการควบคุมการหมุนวนของแรงบิด จึงอยู่ในระหว่างดำเนินการ ท้ายที่สุดแล้วความต้องการที่แท้จริงอยู่ที่นั่น เท่าที่เกี่ยวข้องกับดาวเทียม มันจะไปในทิศทางจิ๋วเช่นเดียวกับดาวเทียม ควรสังเกตว่าแม้ว่าจากข้างต้นดูเหมือนว่า ไจโรโมเมนต์ควบคุมนั้นดีในทุกที่และสำหรับยานอวกาศขนาดใหญ่และอายุยืน

มันเป็นอุปกรณ์ที่ต้องการแต่ก็ไม่ได้หมายความว่าอุปกรณ์ประเภทนี้ จะไม่ล้มเหลวและตามข้อมูลเนื่องจากการทำงานความเร็วสูงในระยะยาว โหลดเพลามีขนาดใหญ่มากและมีความล้มเหลวก่อนหน้านี้ของไจโรโมเมนต์การควบคุมของสถานีอวกาศนานาชาติเกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ การเปลี่ยน CMG-3 บนสถานีอวกาศนานาชาติ ด้านบนคือการประยุกต์ใช้อุปกรณ์ในด้านการบินและอวกาศ

แต่ในความเป็นจริงเมื่อนานมาแล้ว ไจ โรสโคป โมเมนต์ควบคุมได้ฉายแสงอย่างยอดเยี่ยมในด้านอื่นๆ เมื่อเราเห็นลูกเหล็กแบบนี้บนยานอวกาศเป็นครั้งแรก เราจะรู้สึกแปลกใหม่และคิดว่ามันเป็นเทคโนโลยีใหม่ ในความเป็นจริงการใช้ไจโรสโคปโมเมนต์ควบคุมในทะเล และบนบกนั้นเกิดขึ้นเร็วมากและอาจมีมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 19

ยกตัวอย่างการเดินทางทางทะเลเรือมักถูกคลื่นซัดจนเป็นหลุมเป็นบ่อ ไม่เพียงแต่ผู้คนบนเรือจะวิงเวียนเท่านั้น แต่การใช้อุปกรณ์ในเรือก็จะได้รับผลกระทบไปด้วย ในเวลานี้เมื่อไจโรแรงบิดควบคุมออกมาปัญหาจะได้รับการแก้ไขบนเรือ จะเรียกว่าไจโรกันโคลงและทำงานได้ดีกว่าและติดตั้งง่ายกว่าตัวกันโคลงครีบและแทงก์น้ำแบบดั้งเดิม

เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่าแรงบิดออกสูงสุดของไจโรต่อต้านการหมุนบนยานนั้น สูงกว่าของสถานีอวกาศนานาชาติและโดยทั่วไปแล้วมันไม่ได้ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เหมือนสถานีอวกาศ

บทความอื่นๆที่น่าสนใจ : น้องหมา ไขข้อสงสัย ทำไมถึงต้องถอนขนในหูให้น้องหมา อธิบายได้ ดังนี้