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为什么飞船不取消窗户?

神舟二十飞船窗户被碎片打坏之后,评论区问得最多的就是这个问题了,玻璃看着就容易碎,还要在飞船上面开个洞,怎么看都是弱点啊,咋不干脆封死或取消了呢?

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老规矩先说答案:不给个窗户,可能你没把航天员当成普通人,也没把航天员当人。

全封闭、狭小,还失重、分不清上下左右,任何人在里面待久了都会产生严重的迷失和焦虑,分分钟心理崩溃,别忘了坐个牢都得放风呢。

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另外,飞船的窗户还是太空导航的最后手段——肉眼导航,别笑,这个还真的有案例。

今天咱就用2000字,聊一下太空窗户简史”,这块玻璃不仅不会取消,还会越做越大,甚至还有很多你想象不到的奇怪功能。

先看这个最新镜头,中国人在太空修玻璃的画面,终于公布了,没想到居然是这么修的。

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先在窗户周围装一个底座,把一块耐高温挡板盖上去,再用螺丝固定在底座上。我想起了小时候家里那种木头窗户玻璃破了,拿了一块纸板卡上去先凑合一下,等着买新玻璃回来换。

为什么不能直接换个新窗户呢?

因为飞船的舷窗是牢牢固定在舱壁上的,哪怕是在地面上,也得用专门的厂房和工具,换完之后还得做耐压和密封测试,在太空哪有那个条件啊?

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再考虑到飞船的气动外形不能破坏,所以只能从里面装一个临时挡板,万一原装玻璃没有扛住1000度的高温,还能再挡一下。

神舟飞船的舷窗有三层,最外层隔热但不抗压,里面两层抗压但不耐热。

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吸收了这次事件的处置经验之后,科研人员表示,以后的神舟飞船,会对舷窗最外层直接加强,用更坚硬的玻璃去制造。

外国飞船舷窗简史

人类第一位航天员尤里·加加林,1961年升空,他当时乘坐的“东方一号”飞船是个球,这种形状可以最大限度减少再入热量,在各种速度角度下都保持稳定。

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东方一号(影视资料)

虽然隔热技术很原始,飞行时间也就几个小时,按道理不需要窗户,但是东方一号还是在仪表板上面、航天员的正前方,设计了一个圆形观察窗,起到两个作用:

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第一,飞船是全自动设计,航天员无需手动,但是需要用肉眼检查判断飞船姿态。

第二,飞船降落过程中,如果出现了很大偏差,比如掉到海上、或者外国境内,航天员可以通过窗户提前看到外面的危险,尽早做出反应。

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美国第一代飞船水星号,也在仪表板两侧设计了两个三角形舷窗,而且还有一个潜望镜窗口,可以360度旋转。

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到了登月竞赛,苏联和美国的飞船,窗户也进一步改进。大家都知道“阿波罗计划”,但是很少有人知道苏联的登月计划。

当时苏联在同时推进“载人绕月”和“载人登月”,注意,这是完全不同的两个项目,用的飞船也不一样。这里存在比较严重的重复竞争和资源内耗,这是后话了。

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苏联和美国登月飞船对比

其中绕月计划用的是联盟7K/L1飞船,是现在联盟飞船的深空飞行版本,轨道舱、返回舱都各有2个窗户。

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登月计划用的是联盟7K/L3飞船+LK月球着陆器组成的“L3复合体”。下图是左边是苏联LK月球着陆器,右边是美国阿波罗月球着陆器,可见苏联的着陆器尺寸更小,只能支持单人登月。

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其中LK月球着陆器设计了一个更大的窗户,搭载1名航天员,目视手动降落在月表。

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LK登月器地面测试图

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博物馆里的苏联LK登月器,注意两个大舷窗

你没听错,美苏登月竞赛那会儿,全靠航天员肉眼手动操作降落,没有什么全自动、半自动。

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如果当年是苏联第一个上去,也是一样的。阿波罗的登月器,两名航天员站着,面前各有一块大尺寸的三角形窗户,

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向下倾斜65度,向外80度,提供约70度的向下视野,飞船最后调整姿态、选择着陆点,全靠航天员通过这两块窗户肉眼判断。一开始NASA是设计了类似直升机的4个大型气泡窗户,长这个样子:

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为了减重,重新设计之后,变成了右边这个样子

但是后来发现重量太大,热量损耗也大,所以改成了后来的双层三角窗,外层是退火玻璃,带有热控图层;内层是化学钢化玻璃,带有防雾涂层和电加热除雾。玻璃上还画了刻线网格,标记预定着陆点。

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毫不夸张的说,这两块三角形玻璃,是阿波罗登月最后得以成功的关键设计——用重量和复杂结构为代价,给航天员手动操作提供了清晰的视野。

当然了,现在中国揽月飞船可以全自动登月,不再需要肉眼手动降落了,但是揽月飞船也还是保留了不小的舷窗,用来肉眼备份。

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大尺寸玻璃还有一个作用,就是发生危险时的目视检查。阿波罗十三号发生了太空爆炸事故之后,航天员就是透过玻璃,目视看到了被炸得一塌糊涂的服务舱,并且目视检查了船身的其他部分。

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可别忽视了目视检查,美国“哥伦比亚号”航天飞机由于隔热瓦受损坠毁之后,后面的航天飞机每次上太空,都要翻转180度把肚皮露出来,让国际空间站上面的人目视检查隔热瓦有没有损坏。

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说到国际空间站,那就必须提到目前人类第一个也是唯一的一个太空景观房——穹顶舱,有6个大尺寸的梯形窗户,顶部还有1个圆形窗户指向地球,直径达到80厘米,提供360度全景视野,非常梦幻。

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这套窗户有四层,最内层防刮擦,中间两层抗压,最外面还有一层装甲板,是非结构件,就像有些装甲车的前挡一样,平常穹顶舱不用的时候,可以关闭,撞坏了也可以更换。

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穹顶舱不仅可以用来观察地球,观察空间站外部机器人、机械臂、出舱行走等活动,还可以作为应急导航备份,2018年做过六分仪天文导航试验。

虚假的太空旅游就是上卡门线几分钟,真正的太空旅游就是去穹顶舱体验“总观效应”。SpaceX龙飞船也有一个改进版本,取消了气闸舱出舱功能,换成了一个“穹顶观景窗”,360度无死角。

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现任NASA局长艾萨克曼,在龙飞船穹顶舱的照片

很多科幻电影里,大型太空飞船也有全尺寸观景台,非常壮观。

总有人说给我一个WiFi手机,我能在某个密闭房间里待多久多久,其实都是扯淡,没有人能做到的。

住酒店哪怕多花点钱,也不想要“无窗”的房间。哪怕人类飞上了太空,哪怕增加一块窗户,要付出2.5倍的结构重量代价,工程师们还是会选择“有窗”。

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中国空间站总共有9个窗户(不含飞船),其中天和核心舱有三个卧室,每个卧室都有单独的舷窗。中科院上海硅酸盐研究所还专门研发了一种抗污涂层,可以让空间站的窗户更加明亮,防止被宇宙射线“刮花”。

我知道肯定很多人会说,现在有高清摄像头、以后还有什么全息投影显示,完全可以取代窗户嘛。

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中国空间站的舷窗

但是,再高清的显示屏,也无法真正还原三维世界的景深,无法还原肉眼的视觉冲击。

我们的眼睛,是地球生命演化了几十亿年的精华,我们为了它多花一点代价,有何不可呢?