我们的宇宙是一个狂野而美妙的地方，宇宙各种陌生和未知吗，让人迫切希望去探索，探索宇宙也就成为了人类永恒话题，NASA最近发布了一篇关于如何建造宇宙飞船的谈话，以下为整合内容。

模拟任务

现在假设有一项任务，将飞越金星，在进入位置以将球形探测器穿过大气层，并在探测器下降时测量大气层在规则点的组成。

金星的大小与地球大致相同，它围绕太阳的轨道并没有太大的不同。它周围有云，表面有岩石，它有坚固的地貌，很像地球，但它也有巨大的差异。它与地球也有很大的不同，因为它的表面显然比近代历史上的地球更具有主要的火山活动。

它的云不像地球上那样由水蒸气组成，而是由硫酸组成的。而且表面温度根本不像地球，大约是你家里烤箱温度的两倍。所以它在金星表面大约是482℃。压力是地球表面压力的90倍。你可以想象进入海洋大约半英里，这种压力就是你在金星二氧化碳大气中感受到的压力。

不仅要设计在所谓的巡航阶段生存下来，这是航天器穿越深空的任务的一部分，它从地球到目的地，但我们还必须考虑当我们到达那里时会发生什么。

还必须考虑各种环境，场景和任务！科学家在设计航天器时，除了任务本身的科学目标外，还要牢记所有这些。

NASA Goddard的系统工程师马特·加里森认为，我们帮助科学家提出他们的使命需要是什么，我们可以设计、建造和运营什么来满足他们的科学需求。然后我们可以看到它，我们提出一个设计，我们分析它，我们把它放在一起并测试它，把它带到发射场，有时一旦它开始飞行，它就会真正操作它。

航天器将在无人驾驶的情况下从太空进入大气层，这个动作在地球上已经足够棘手了，现在场景更换到了金星。金星并不完全是一个旅游目的地，它有一个热，有毒，高压的大气层，有密集的有毒云。当我们撞击大气层时，我们将以大约40G的速度减速。

40G意味着地球引力的40倍。这对你的飞船来说是一个很大的力量！一个人可以活过八个G，但只能存活几秒钟，这真的很不舒服。想象一下，五倍！

一旦我们再往下走一点，我们就会进入云层，云层中含有大约80%浓度的硫酸。硫酸用于蚀刻钢，但通常在10%至20%的范围内。所以我们说的是比你过去做工业蚀刻的浓度高很多倍的酸。

当你进一步下降时，温度和压力正在增加，当你到达金星表面时，它大约是900华氏度，这是一个好的柴火披萨烤箱的温度。

而压力大约是90个大气压，相当于海洋深处约一公里，大约是北冰洋的平均深度。因此，如果你有一些东西可以在你的披萨烤箱里运行，在北冰洋的底部，这就是你正在寻找的环境。

在一个距离地球超过 61 万英里的星球上，它必须承受水下披萨烤箱的条件！

建造航天器的阶段

建造航天器有三个主要阶段：设计、生产和认证。

航天器的设计

航天器有多种形状和大小。他们执行许多不同的工作。与汽车不同，很少能找到超过10颗相同的卫星。它们中的大多数都是独一无二的，每个都是手工精心组装的。尽管如此，它们都是以相同的方式设计和建造的。

任务的时间表通常长达五六年，这给了你足够的时间来设计任务。

在设计阶段，团队致力于为每个零件创建准确的规格。为组件创建详细设计，包括其材料、制造工艺和功能，以及关键组件的测试程序。在资格认证阶段，该团队努力确保航天器符合所需的性能规格。

航天器的运行性能在模拟空间环境中使用一系列测试进行评估。系统和组件经过测试，以确保即使在最极端的条件下也能按预期运行。每个组件或系统还内置了安全裕度，以解决制造过程中和空间中不可预见的问题。

设计过程涉及多次迭代。一旦开发出初始设计，设计团队将经历一个审查过程，以确定任何问题或需要改进的领域。通常，设计将被更改以解决问题，但该过程会继续，直到最终设计满足团队的需求。

设计过程的最后阶段涉及在航天器上放置一个命令模块。该模块很重要，因为它将负责航天器从发射到任务结束的性能。该模块还必须能够提供增强的稳定控制。

对于载人任务，航天器还需要提供舱室。单个 任务只需要一个命令舱 Mk1，而一个完整的乘员任务将需要命令舱 Mk1-3。适当的探头核心也可以弥补船上缺乏经验丰富的飞行员。

传统的设计过程涉及创建由子系统工程师组成的设计团队或委员会。每个团队都由一名系统工程师领导，他对航天器有广泛的了解。团队负责人不是每个子系统的专家，但他们确实拥有集成整体设计所需的广泛知识。

航天器的结构

航天器的结构在发射期间携带和保护有效载荷设备以及航天器的使用寿命。航天器结构有几种类型，包括主要结构、次要结构和可部署组件。主要结构是承载结构，而次要结构是用于特定任务和/或承重需求的组件。

整流罩是一种航天器结构，有三种尺寸：直径2.9米，长8.9米，直径9.3米。它们由复合材料制成，包括吸音材料毯，以最大限度地减少噪音和振动。

航天器的结构必须承受推进器加速度、指向机动的瞬态载荷、机械冲击和飞行过程中的热膨胀。此外，航天器结构在再入和着陆期间必须承受空气动力加热和瞬态风。这对于宇航员返回任务以及火星进入下降非常重要。

航天器结构通常由复合材料制成，这些材料是高度可定制的。石墨-环氧复合材料是用于建造航天器结构的最常见材料。选择石墨纤维的取向和含量使工程师能够根据特定要求定制材料的性能。例如，低电阻石墨纤维材料可用于天线天线，而高模量光纤则适用于需要强度和刚度的元件。

航天器复合材料结构必须进行测试以确定其承载能力。这是航天器开发的重要组成部分，因为结构复杂，包含许多内部元素。这些内部元素会影响结构的固有频率。此外，该结构还必须满足各种扰动源的要求，包括来自发动机的随机振动。

航天器中使用的材料

航天器设计涉及仔细选择具有某些特性的材料。这些特性将影响航天器的能力和性能。此外，出于成本原因，材料的选择也很重要。例如，窗玻璃是航天器保护的重要组成部分。没有它，飞船将容易受到宇宙射线的影响并发生故障。

航天器的主要结构由复合材料制成。石墨-环氧树脂复合材料是最常见的。石墨纤维具有易于定制的特性。它们的热膨胀比很小，甚至可能是负的。低热膨胀材料对于天线天线和其他对热冲击敏感的结构元件也是有利的。高模量和高强度复合材料也用于结构元件。

航天器的形状决定了它的大小、功能和目的地。大多数航天器是圆形、圆柱形或球形的。例如，圆形航天器有一个无限长的鼻子和一个随着它变长而逐渐变细的背部。与此同时，国际空间站的形状像一个大甜甜圈，鼻子很短，但背部更长，容纳宇航员的体积更大。

有许多不同类型的航天器。有些是多功能船，永久执行特定功能，而另一些则是带有推动它们前进的发动机的推进船。航天器设计受到许多因素的影响，包括成本、功能和实用性。例如，航天器必须有燃料才能运行，其推力必须能够支撑飞船的重量。否则，船舶的效率将降低，可能无法下水。航天器设计的另一个重要领域是维护。航天器必须具有适当的工具和设施来保持其完整性，以及足够的存储空间。

散热器是航天器热控制的重要组成部分。它们是以受控方式从航天器中去除热量的唯一手段。散热器通常由铝板制成。散热器具有高发射率涂层，并内置于航天器的结构中。

安装在航天器上的仪器

有许多类型的科学仪器可以安装在航天器上。有些建造复杂且昂贵，需要安装在大型航天器上。其他仪器是小型化的，可以放置在各种轨道的航天器上。例如，微型卫星可以携带多个大气探测器。

航天器的仪器可以帮助科学家了解和预测太空天气。研究等离子体的仪器多种多样，包括离子和电子分析仪。航天器还需要有高能粒子探测器。快速等离子体调查（FPI）套件是空间天气仪器的一个例子。

卫星组成

卫星由两个主要部分组成：平台（或总线）和有效载荷（仪器或实验）。

平台是基本的金属结构。这必须坚固，但轻盈。它包括构建一切的框架和各种航天器系统 - 推进器，主机，油箱和电源。有效载荷包括与地面通信的设备，以及相机和其他科学仪器。

卫星的零件是在许多不同的地方制造的。它们都被送到一个中心，在那里它们在特殊的洁净室中进行组装和测试。只有这样，航天器才会被送到发射中心。

由于太空中没有车库，许多卫星都携带自己的“备件”。如果发生故障，地面控制人员可以命令航天器切换到备用硬件。

航天器的测试

每一款航天器，在发射之前要进行一系列的测试，目的是降低真实飞行和着陆时带来的风险。

振动测试

振动测试是建造航天器的重要组成部分，用于对航天器部件和结构进行振动测试的软件必须坚固耐用。航天器必须承受高水平的振动，以确保有效载荷在飞行过程中保持功能。一个组件的故障可能导致代价高昂的故障，并使程序延迟数年。出于这个原因，航天器经过严格的发射前测试。在地面上进行力限制振动测试，以模拟飞行振动的影响并检测潜在问题。振动测试是仿真过程中不可或缺的一部分。大多数卫星任务都使用模拟软件，但ELFIN团队没有这种类型的软件。因此，他们建立了一个低成本的航天器开发模型，并通过振动测试来确定航天器总线的强度。

声学测试

在航天器发射之前，它必须通过一系列声学测试。这些测试测量噪声水平和频率，并帮助工程师模拟航天器在各种条件下的行为。它们在几个设施进行，包括梅溪站和太空发射系统。

太阳能电池板部署机制

为了建造带有太阳能电池板的航天器，部署机制必须能够在航天器移动时旋转。这就要求轴承能够承受恶劣的外太空环境，并能最大限度地减少磨损、摩擦和刚度。

计算机的挑战

航天器中的计算机面临着一个独特的挑战：它们需要防故障并能够承受灾难性故障。这是因为载人航天器的故障可能意味着灾难。拥有冗余系统对于任务的成功至关重要，因为即使一个系统发生故障，另外两个系统也将接管并保持任务的进行。

除了昂贵之外，航天器计算机还容易受到有害辐射的影响。辐射会损坏存储在处理器缓存中的数据。它还会影响处理器本身。这在运载火箭、空间站和探测器的运行条件下也是不可接受的。航天器计算机经历灾难性故障也是有风险的。

任务开始

这项激动人心的任务开始了！

这台非凡的机器，由无数深思熟虑的科学家和工程师精心设计、制造和测试，将向我们展示比我们以前所知道的更多关于我们邻居星球的信息。

下降球主要由钛制成。航天器习惯使用的标准材料：一些复合材料，一些铝。由于窗户也必须暴露在那种环境中，它是蓝宝石玻璃。实验室培育有弹性蓝宝石。

下降探测器只能持续大约一个小时，然后就会在金星的高压有毒大气中被摧毁。

将下降球体带到金星的航天器部分仍将在太空中飞行。这有可能超越中心使命。但是现在我们正在设计任务的是进行两次科学飞越，探测器降落，然后航天器也将完成其服务。

发射六个月后将有第一次飞越，金星的新图像将会被传输，白天的金星云，然后是夜晚的发光红外图像。