• 美國火箭二級將可重復使用 在太空中往返運貨

    發布時間 : 2018-05-04     來源 : 中國運載火箭技術研究院新聞中心

      為降低火箭發射成本,目前,各航天大國均在開展火箭重復使用技術研究,如2017年以來,美國Space X公司獵鷹9火箭多次成功回收火箭一級并再次用來發射。我國也正在開展火箭重復使用技術研究。
      然而,當前多數研究側重于火箭一級重復使用,美國聯合發射聯盟公司則另辟蹊徑,提出“太空卡車”計劃,探索火箭二級重復使用技術,為未來空間貨運提供了一種新途徑。


      當前空間貨運組合:火箭基礎級+上面級


      火箭是人類進入太空的主要運輸工具。據中國運載火箭技術研究院研發中心航天運輸系統總體技術研究室高級工程師胡冬生介紹,目前,國際上主流火箭如美國的德爾塔4、宇宙神5、獵鷹9,歐空局的阿里安5火箭等,大多是兩級或兩級半構型(兩級+助推器),我國運載火箭長征三號甲系列為經典的三級或三級半火箭,而新一代運載火箭長征五號、長征七號也積極與國際接軌,采用兩級半構型。
      由于目前火箭二級功能較為單一,由火箭末級演變而來的上面級成為當前空間貨運的主角。兩者搭檔,完成了很多空間貨運任務。火箭先通過基礎級將上面級和“乘客”送入近地空間,上面級則像“擺渡車”一樣繼續接下來的行程,將不同的“乘客”分別送到不同的目的地。

      

    △上面級將衛星送入不同目的地


      然而,由于所攜帶燃料及能源的限制,目前,上面級的工作時間一般為幾小時至幾天。當完成自己的使命,燃料耗盡時,它就只能在茫茫太空里長期“沉睡”或離軌再入大氣層燒毀。


    “太空卡車”:空間貨運新途徑


      胡冬生介紹,為進一步降低發射成本,增強在國際發射市場上的競爭力,2015年,美國聯合發射聯盟公司宣布研制新一代火箭“火神”,同時啟動“太空卡車”計劃,全面探索研究火箭重復使用技術。



    △“火神”火箭起飛效果圖


      “火神”火箭的第一級發動機在與火箭分離后,通過降落傘減速和直升機空中勾取進行回收,經過檢測和維護后繼續執行發射任務。而“太空卡車”計劃,將讓火箭的第二級在太空停留數周甚至數月,并多次重復使用。
      “太空卡車”計劃實施的前提是建太空燃料加注站。和地面加油站給汽車加油、空中加油機為飛機補給燃料相似,通俗來說,太空燃料加注站就是一個建造在太空里的推進劑儲藏室,可為太空中的飛行器加注燃料。
      當完成規定任務、燃料即將耗盡時,火箭二級就可以到加注站重新加注燃料,而后便能執行新的任務,比如將貨物從近地軌道運往高軌,或者是送往月球、火星等更遠的地方。它就像地面上的卡車一樣,可以重復多次使用,是空間貨運的一種新途徑。



    △太空加注站在軌補給示意圖


      在人類太空開發活動中,“太空卡車”有著非常誘人的前景,有效降低進入空間和開發空間的成本;能夠極大提高火箭二級的多任務適應性,拓展二級的“送貨范圍”。
      此外,在未來大規模空間基礎設施建設中,“太空卡車”也具有天然優勢。按照聯合發射聯盟公司的設想,未來5年內,人類將開始在近地軌道上建造用于太空采礦與探索的基礎設施,到2050年將在月球上建設人類活動基地。有了“太空卡車”,這一太空貨運活動有望變得更加經濟可行。

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