阅天茶馆那个火遍朋友圈的BEAM在国际空间站上究竟要干啥？

阅天茶馆首创“章回体”情报分析稿，你信吗？...



小二茶话

其实，航天圈里的事儿其实不比娱乐圈逊色，这不仅是因为航天高大上，而且因为航天技术变化快。这不，前段时间的网红“猎鹰9”最近一下子被一个叫“BEAM”的家伙被替代了。

这个全称叫做“全球首个与国际空间站对接并成功展开的商业充气式活动太空舱”的家伙火遍网络。商业航天大亨、太空旅馆、太空旅游等热点话题再度成为热议话题。

热点背后，究竟是什么？

今天，“阅天茶馆”邀请了上海航天808所王燕，带大家回顾BEAM事件，追溯Biglow宇航公司充气式居住舱的研制历程并初步分析影响。

4月10日，毕格罗（Boglow）商业公司研制的充气式活动太空舱（Bigelow Expandable Activity Module, BEAM）随Space X 公司“猎鹰”9火箭执行的CRS-8任务运抵并对接国际空间站。在首次展开遭遇失败后于5月28日实现全尺寸展开及增压。6月6日，舱门首次开启迎来航天员首次进驻。未来，BEAM将进行为期2年在轨试验，重点验证空间环境下其外部充气材料与结构的抗复杂空间环境的能力，为后续任务提供基础数据。

2016年4月8日，猎鹰-9火箭火箭在卡纳维拉尔角SCL-40发射台发射升空。这是猎鹰-9全推力火箭第三次飞行，“龙”飞船的第10次载货飞行，执行国际空间站的第八次商业货运补给服务（CRS-8）。



火箭起飞后约2分34秒，一子级分离；10分30秒“龙”飞船与二子级分离；12分钟后，“龙”飞船太阳帆板展开；2小时20分，飞船制导、导航与控制系统开始工作。4月10日，“龙”飞船抵达国际空间站，在加拿大机械臂-2操作下与“和谐”号节点舱对接。4月16日，英国宇航员Tim Peake操作加拿大机械臂-2，将BEAM从“龙”飞船底部的非增压舱取出，并完成了与宁静号节点舱的对接。



在此次商业货运补给任务中，“龙”飞船共携带了3136公斤货物。其中包括1723公斤增压货物，以及1413公斤非增压货物——BEAM。

CRS-8原计划于2015年9月执行，但由于2015年6月“猎鹰”9执行CRS-7发射失败，导致后续任务推迟，也使得BEAM这位国际空间站的“贵客”姗姗来迟。5月26日，NASA团队开始对BEAM首次进行充气。宇航员威廉姆斯首先检查了密封性，并且安装了硬件，对充气过程进行监测。在2个小时的充气过程中，威廉姆斯非常谨慎地每隔几秒向其充气。



按照原定计划，如果充气成功，宇航员将于6月2日进入BEAM内部进行测试。然而，在进行了2小时的充气之后，BEAM的长度和直径仅展开了数厘米，NASA地面团队当即决定停止此次充气。NASA与毕格罗公司共同研究这一问题，并彻夜监控BEAM的结构变化。

5月27日下午，NASA与毕格罗宇航公司共同召开了电话会议，公布了此次失败的原因。经地面团队研究表明，此次充气失败并非由于BEAM内部压力过大造成，而是由于BEAM折叠材料之间存在超出预期的摩擦力所致。如前所述，由于CRS-8任务推迟近8个月发射，导致了BEAM不得不在折叠压缩状态下存放了15个月之久，而原计划只有5个月压缩状态。这种柔性织物材料压缩时间越长，材料恢复弹性所需的时间就越长。此外，在真空环境下，柔性材料的摩擦力更大，也无疑增加了充气的难度。因此，在第一次尝试充气的过程中，BEAM仅展开了数厘米。

美国东部时间5月28日上午9点04分，NASA开始对BEAM进行第二次展开操作。在地面团队的配合下，威廉姆斯25次打开充气阀进行充气，每次充气时间仅为数秒，累计充气时长为2分27秒。在每一次的充气过程中，飞控团队都必须仔细监控太空舱内部压力。每两次充气之间，必须留出充足的时间让太空舱稳定地展开。28日下午4点10分左右，经过长达7个多小时的努力之后，BEAM的长度达到1.7米，直径增加到3.23米。此时，国际空间站正运行在南太平洋405公里上空。



美国东部时间下午4点34分，BEAM加压开始。10分钟后，8个增压罐完成了加压，BEAM内部气压逐步升高直至与国际空间站其他舱段压力持平。在完成增压操作之后，BEAM达到了全尺寸展开状态，由折叠状态下长2.13米、直径2.36米展开至长3.96米、直径3.2米，容积16立方米，重量约1400公斤（注：与毕格罗公司官方公布数据略有差异）。



在接下来一周内，航天员对BEAM进行了密闭性检查，确保结构的坚固性。6月6日，威廉姆斯打开BEAM舱门，他和俄罗斯宇航员一起进入舱内，在采集气样本后利用BEAM自带的传感器将数据下行传输。之后，BEAM舱门关闭，等待下一次例行检查任务时再度开启。为了验证BEAM防护系统的性能，宇航员将每年进入舱体内部3-4次，每次持续数小时，获取BEAM在空间热环境下性能的数据，以及在应对空间辐射、微流星、空间碎片等方面的数据。此外，还将完成微生物表面取样，检查舱内通用条件等工作。BEAM本体为铝制结构，由两层金属隔板组成，在层与层的间距间填充了多层材料，无眩窗，无电源。BEAM可以与国际空间站进行空气循环，满足宇航员安全进入的条件。BEAM发射时呈折叠状态，长2.16米，直径2.36米，容积3.6立方米；展开构型时，长4.07米，直径3.06米，内部容积16立方米；质量1360公斤。BEAM还携带多个感应器和辐射监控器。



BEAM的防护系统继承了NASA在上世纪90年代开发的充气式居住舱——转移居住舱（TransHab）的设计（这段故事，先买个关子，后面咱们慢慢聊~），尽管BEAM尚未公布其防护系统的技术细节，但从TransHab公布的技术方案中可以管窥一二。TransHab的充气式防护系统采用了20多层材料，从里到外共设计了五层防护结构：内部防磨损层、密封气囊、卡夫拉约束层、微流星和空间碎片防护层、外部防热层。不仅能够进行热防护，还能防太阳辐射、宇宙射线、空间碎片、原子氧、紫外辐射以及其他空间环境物质等。



（1）首次验证充气式太空舱的在轨展开技术

BEAM在轨寿命为2年（2016到2018年），旨在验证如下性能：

• 验证商业充气式太空舱的发射与在轨展开技术，将其技术成熟度提升至9级；
• 确定充气式材料与结构的防辐射能力，将充气式太空舱外部材料技术成熟度提升至8级；
• 验证商业充气式太空舱的设计性能，如热性能、结构性能、机械性能，以及密封性等；
• 验证充气式结构在飞行状态的安全展开和在轨操作能力。

在圆满完成上述任务之后，BEAM将与国际空间站分离，再入地球大气层烧毁。

（2）充分验证空间防辐射和防空间碎片等防护性能

BEAM此次验证的一项重要内容即是其结构外壳的防辐射特性。NASA将从两个方面进行验证：一是通过辐射建模计算BEAM内部辐射区域的辐射数据；另一种方法是使用辐射感应器测量BEAM内部的辐射等级，测量结果将于国际空间站上其他舱段辐射数据进行比对。采用了以下两种辐射测量仪器，即辐射区域监控器和辐射环境监控器。

——辐射区域监控器（Radiation Area Monitors, RAM）是一种主动实时的辐射监控器。它能收集BEAM内部长期累积的辐射数据。由于RAM寿命有限，因此必须循环使用，在收集到一定剂量之后即将数据传回地面，与国际空间站其他舱段辐射数据进行比对分析。

——辐射环境监控器（Radiation Environment Monitor, REM）是由NASA先进探索系统的RadWorks团队研制。REM有一个新型的固态装置，能够与USB接口相连。它的特点是低质量、低功耗，能够很容易展开并收集辐射区域样本。BEAM内部有两个REM将实时收集BEAM防辐射数据。

此外，还将验证BEAM对微流星和空间碎片（MMOD）的防护特性。由于BEAM体积相对与国际空间站其他舱段较小，遭遇MMOD的风险也相对较小。但仍有必要对BEAM的微流星防护性能进行测试。一旦遭遇了微流星的袭击，BEAM将自动泄气，由于舱门关闭，国际空间站其他舱段并不受其影响。

原子氧（Atomic Oxygen, AO）是一种在低地球轨道非常活跃的物质成分。原子氧对于非金属材料相对比较活跃，这对于BEAM无疑是一项挑战。BEAM 外部材料覆盖了一层抗原子氧的白色织物，可以保护内部结构免受外部原子氧的影响。

那么，BEAM究竟是何方神圣，从哪个石头缝里蹦出来，未来又要走向何方？这个投进商业航天的石块究竟泛起了哪些波澜？列位看官，咱们下回分解！

小二茶评：

话说这是小管家最新发明的“章回体”情报分析稿，列位看官觉得如何？

最近小管家发的关于BEAM的文章也不少了，不信看来：【资讯】SpaceX向国际空间站运送可展开居住舱并实现海上回收火箭【资讯】毕格罗充气舱将于5月26日进行全尺寸展开【快讯】Bigelow太空舱在国际空间站上展开失！败！

周末带娃顺手就能帮NASA展开比格罗的充气舱，你信吗？阅天茶馆 | 上周末，BEAM在国际空间站上展开这件事儿很重要！

不是芝麻开门，是BEAM开门哦！

看样子，是和BEAM较上劲了，不信你等着瞧，大腕儿一个个出场，好戏才演了一半儿，精彩还在继续哦......

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