大兵老師的神奇小屋

王依兵

一周的時(shí)間過得飛快，壯壯、小菲和小天又出現(xiàn)在了熟悉的實(shí)驗(yàn)樓一層。小天第一個(gè)把手按到走廊盡頭的墻上，墻上的手印處再次發(fā)出了明亮的光，那個(gè)光影閃爍的屏幕又出現(xiàn)了！

屏幕上出現(xiàn)了四幅畫，從上到下分別是鴿子、布谷鳥、烏鴉和喜鵲，最下面是一個(gè)數(shù)字密碼盤，顯示需要輸入四個(gè)數(shù)字。小天撓撓頭說：“這是什么意思呢？”壯壯說：“難道是從這四幅畫中可以得到四個(gè)數(shù)字？可是這里面也沒有數(shù)字??！”小菲突然做出一個(gè)噤聲的動(dòng)作，然后說：“噓！小聲點(diǎn)兒，你們聽……”壯壯和小天面帶疑惑停止了對話，豎著耳朵仔細(xì)聆聽周圍的聲音……

“??！啊！布谷！布谷！”

“布谷！咕咕咕！??！”

“喳！喳！??！咕咕！??！”

“布谷！咕咕咕！”

“哦，我懂了！這個(gè)謎題很簡單！”說著，小天在密碼盤里迅速輸入了“8452”四個(gè)數(shù)字。神奇小屋的大門一下子打開了！

小菲贊嘆道：“沒想到這次小天反應(yīng)這么快！”

小天得意地說：“那當(dāng)然，小菜一碟！”說完，他第一個(gè)跑進(jìn)了神奇小屋。

壯壯說：“不就是數(shù)數(shù)它們叫了幾聲嗎？其實(shí)我也想出答案了，不過這次被小天搶了先，看來只能等下次了。”

三位同學(xué)走進(jìn)神奇小屋，卻發(fā)現(xiàn)屋里一片漆黑，伸手不見五指。

小菲說：“什么情況，是停電了嗎？”

小天和壯壯也停下腳步，不敢再向前走了。

“別怕，神奇小屋的新能源系統(tǒng)剛剛建好，正在進(jìn)行測試，燈馬上就亮！”

大兵老師的聲音從一個(gè)角落傳來。話音剛落，整個(gè)房間的燈瞬間亮起，晃得三位同學(xué)睜不開眼睛。

大兵老師：“進(jìn)入黑暗的環(huán)境后，你們的瞳孔逐漸擴(kuò)大，現(xiàn)在燈突然亮起，肯定會(huì)感覺有點(diǎn)兒不適應(yīng)，你們可以先把眼睛閉上，適應(yīng)一下再慢慢睜開。”

小菲用手捂住眼睛說：“真是太晃眼了！不過什么是‘新能源系統(tǒng)’呢？”

壯壯插話說：“我知道，我爸爸開的汽車就是一輛新能源汽車，它是由純電力驅(qū)動(dòng)的，所以新能源應(yīng)該就是電能吧。”

小菲顯然對這個(gè)回答并不滿意：“神奇小屋以前用的也是電能啊，既然更新了系統(tǒng)，一定和以前有什么不一樣的地方吧！”

大兵老師緩緩說道：“你們說得沒錯(cuò)，新能源的獲得方式與傳統(tǒng)的燃燒化石燃料的方式不同。由于石油等化石燃料是不可再生的，而且燃燒產(chǎn)生的廢氣會(huì)造成空氣污染，排放的二氧化碳還會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)，所以人類一直在尋求更加清潔環(huán)保的新型能源來替代傳統(tǒng)能源。新能源包括太陽能、潮汐能、地?zé)崮?、氫能、風(fēng)能、核能等等，我們的神奇小屋就更換了最新的太陽能發(fā)電系統(tǒng)?！?/p>

太陽能電池板

小天疑惑地問：“是在房頂上裝了太陽能電池板嗎？我家也有太陽能熱水器，可是在陰天的時(shí)候水就不太熱了。如果陰天的話，神奇小屋會(huì)斷電嗎？”

大兵老師：“這個(gè)問題問得非常好！神奇小屋的太陽能發(fā)電裝置和你家太陽能熱水器的原理類似，但又不完全一樣。我們使用的裝置是把光照轉(zhuǎn)換為電能后儲(chǔ)存起來，再按照需要釋放。這個(gè)裝置采用了智能管理系統(tǒng)，在太陽光照強(qiáng)的時(shí)候會(huì)多儲(chǔ)存一些電能，以供陰天的時(shí)候使用。整體的能源管理是動(dòng)態(tài)的，所以不會(huì)突然停電?！?/p>

小天恍然大悟：“原來是這樣啊，那可比簡單的太陽能熱水器高級多了！”

大兵老師繼續(xù)說：“是啊，不僅是太陽能，其他的新能源也都涉及能源管理的問題。因?yàn)橄耧L(fēng)能、潮汐能這樣的能量來源不穩(wěn)定的能源，直接輸出給用戶肯定不行，必須對能源的產(chǎn)生、儲(chǔ)存和輸出進(jìn)行科學(xué)的管理和控制?！?/p>

壯壯若有所思地問：“我們上次講到的人造地球衛(wèi)星應(yīng)該也是太陽能的吧？”

潮汐發(fā)電

大兵老師：“是的，人造地球衛(wèi)星一般都會(huì)利用太陽能供電。有些人造地球衛(wèi)星把太陽能電池片直接粘貼在外殼表面，但這種方式光照面積較小，提供的能量也較少。如果需要更多能量就需要使用太陽能帆板了！在發(fā)射的時(shí)候，衛(wèi)星的太陽能帆板是折疊起來的，進(jìn)入軌道后再展開。我們看到的衛(wèi)星兩旁的‘翅膀’其實(shí)就是展開了的太陽能帆板。不過，有的衛(wèi)星只有單側(cè)太陽能帆板，所以只能看到一個(gè)‘翅膀’，這可不是另一側(cè)的壞了啊！”

小菲問：“那單側(cè)帆板不會(huì)造成平衡問題嗎？”

衛(wèi)星太陽能帆板

大兵老師：“這個(gè)問題也很好。如果飛機(jī)只有一個(gè)機(jī)翼肯定是不平衡的，但衛(wèi)星是靠軌道動(dòng)力學(xué)飛行的，在軌道高度上幾乎沒有空氣阻力，所以單側(cè)帆板也沒有什么關(guān)系。人造地球衛(wèi)星對穩(wěn)定性的要求主要體現(xiàn)在姿態(tài)控制上?！?/p>

壯壯問：“為什么人造地球衛(wèi)星需要姿態(tài)控制呢？”

大兵老師回答道：“人造地球衛(wèi)星有很多功能是需要對姿態(tài)進(jìn)行控制的，比如通信衛(wèi)星需要把天線朝向地面接收站的方向，天文觀測衛(wèi)星需要對準(zhǔn)觀測的天體，等等。而且，如果人造地球衛(wèi)星在天上隨意翻滾，對衛(wèi)星的機(jī)動(dòng)變軌和軌道維持都會(huì)造成很大的麻煩?！?/p>

小菲問：“那怎么才能讓人造地球衛(wèi)星‘乖乖聽話’呢？”

大兵老師：“目前衛(wèi)星姿態(tài)的穩(wěn)定控制主要有三種方式：自旋穩(wěn)定控制、重力梯度穩(wěn)定控制和三軸穩(wěn)定控制。首先我們來說一說自旋穩(wěn)定控制。你們都玩過陀螺吧？”

小天笑著從書包里拿出一個(gè)陀螺說：“碰巧今天科學(xué)課的時(shí)候，我們就做了一個(gè)陀螺?！闭f著他把陀螺放在桌子上，用手一捻，陀螺就旋轉(zhuǎn)了起來。

壯壯和小菲看了，也立刻開始在書包里翻找起陀螺來。

大兵老師趕緊說：“你們別拿了，用小天的就可以了。你們看，陀螺旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)方向是比較穩(wěn)定的。如果衛(wèi)星是一個(gè)球形、橢球形狀的回轉(zhuǎn)體，也可以像陀螺一樣通過繞著對稱軸的高速旋轉(zhuǎn)獲得姿態(tài)穩(wěn)定性。比如，我國發(fā)射的‘東方紅二號’就是使用自旋穩(wěn)定控制的。你們看看它是什么形狀？”

說著，神奇小屋的墻壁上投影出了“東方紅二號”的三維模型。

東方紅二號

壯壯說：“圓柱體！”

大兵老師：“沒錯(cuò)，圓柱體就是一個(gè)旋轉(zhuǎn)對稱的形狀，只有旋轉(zhuǎn)對稱的衛(wèi)星才能使用這種穩(wěn)定方式?！?/p>

小天問：“那如果不是旋轉(zhuǎn)對稱的該怎么辦呢？”

大兵老師：“我們還有其他方式??！第二種方法是重力梯度穩(wěn)定控制。很多衛(wèi)星都在頂部加了一根長‘棍子’，這叫重力桿。加上重力桿后變得‘細(xì)長’的衛(wèi)星會(huì)更難翻轉(zhuǎn)，這樣就具備了穩(wěn)定性?！?/p>

小菲：“那這么長的桿子，發(fā)射的時(shí)候不礙事嗎？”

大兵老師：“確實(shí)比較礙事，所以一般重力桿都是伸縮式的，發(fā)射的時(shí)候收起來，到達(dá)運(yùn)行軌道后再伸長?！?/p>

壯壯：“真巧妙??！第三種方法又是什么樣的呢？”

大兵老師：“第三種方法就是現(xiàn)在主流的三軸穩(wěn)定控制了。這種方法是在衛(wèi)星上安裝姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)，控制衛(wèi)星三個(gè)方向的姿態(tài)角。這樣的方式對衛(wèi)星的形狀沒有特別要求，控制也可以更加精細(xì)和準(zhǔn)確，還能根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)角?！?/p>

壯壯：“那真是太方便了！”

大兵老師說：“通過這兩周的學(xué)習(xí)，大家已經(jīng)了解了人造地球衛(wèi)星的兩種重要結(jié)構(gòu)——太陽能帆板和溫度結(jié)構(gòu)。除此以外，衛(wèi)星還有與火箭連接的承力結(jié)構(gòu)、外殼、天線結(jié)構(gòu)和安裝部件等，它們共同構(gòu)成了衛(wèi)星的整體。由于航天發(fā)射的成本非常高，所以衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的每一克重量都是非常寶貴的，需要精心設(shè)計(jì)才能‘又好又省’地發(fā)揮衛(wèi)星的作用。好了，今天的活動(dòng)就到這里吧。另外，小天的陀螺能借給我玩幾天嗎？”

小天：“好吧……”