• 世界各國正在研究“太空加油站”

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

      車輛燃油耗盡,只要到加油站加滿油就能繼續出發了,而在太空里運行的空間飛行器就沒這么幸運了。當燃料耗盡,它們的壽命也就終結了。為解決這個問題,當前世界各國正在研究建“太空燃料加注站”,提高飛行器續航能力,延長壽命。



    △太空燃料加注站進行燃料補給示意圖


    人類已實現“空中加油”


      據中國運載火箭技術研究院(以下簡稱“火箭院”)研發中心航天運輸系統總體室設計師焉寧介紹,“空中加油”本身并不新鮮,目前俄羅斯、美國、中國等國家都已掌握。
      2017年,我國曾發射“天舟一號”貨運飛船,成功為“天宮二號”空間實驗室進行了3次推進劑補加試驗。突破和掌握推進劑在軌補加技術,實現了空間推進領域的一次重大技術跨越,為我國空間站組裝建造和長期運營掃清了能源供給上的障礙。


    有了太空“加油站”,航天器輕松“跑長途”


      “空中加油”工程復雜、成本高,著眼未來深空探測及為航天器“延壽”需求,人類又開始研究建設更加便捷、經濟的“太空燃料加注站”。
      焉寧介紹,如果把在軌加注比作一個油罐車為車輛加油的話,那么,“太空燃料加注站”就相當于地面的加油站,它的容量更大,可以重復多次為飛行器“加油”,從而延長飛行器壽命,提高其在軌服務能力。
      此外,當前運載火箭受規模和運載能力的限制,所攜帶的燃料有限,難以進行更深遠的空間探測活動,而太空“加油站”則有望改變這一現狀。
      “從北京往上海運一批貨,沿途如果沒有加油站,這輛車要想全程跑下來,可能要同時拉一個油罐,才能達到目的地,顯然運輸成本非常高。” 焉寧打了個比方,“運載器在太空里運貨也是一樣,如果目的地很遠,客觀上要求它擁有超大的貯箱,裝超多的燃料。而如果太空里也有‘加油站’,就不用攜帶那么多的燃料,當燃料快耗盡時,只要及時到‘加油站’補加就行。這樣,不僅技術難度降低了,成本也會減少很多。”
      焉寧介紹,“太空加油站”的功能不僅局限于“空中加油”,就像支付寶、微信改變人們的支付習慣一樣,它還將改變現有的空間運輸整體布局。它可服務于多個不同的空間任務,將一個長距離運輸任務分解成若干段,利用現有的航天技術和設施,就能完成難度更大的任務。
      “目前,都是點對點的單一運輸,運一次就結束,而有了加注站以后,各地與加注站就連成了一個網絡”。焉寧說,“就像有了加油站,車輛不管從哪里來、到哪去、去多遠,都可以放心行駛,將來,太空里的各種航天器也可以這樣。”


    國際上提出三類“太空加油站”


      上世紀70年代以來,NASA相關研究機構和高校面向月球探測、火星探測等深空探測任務,以及重返月球、載人登小行星和載人火星探測計劃,開展了大量在軌加注站的方案設計和關鍵技術攻關工作。
      目前,國際上已提出12種太空燃料加注站的結構構想,根據任務和發展階段不同,主要有三種類型。
      第一種是在某一個固定的近地軌道建加注站,這一想法來源于最簡單的地面加油站的概念,當飛行器有需要時,到“站”加油即可。



    △固定的近地軌道加注站概念的操作流程


      第二種是基于軌道拖船的近地軌道加注站。當飛行器因“燃油”耗盡而“拋錨”時,軌道拖船就像地面的拖車一樣,將其拖到加注站附近,進行燃料補給。這種方式因軌道拖船要先后與飛行器、加注站交會對接,因而更加復雜。
      前兩種構想主要為近地空間、中高軌及地球同步軌道的航天器提供在軌補加服務。



    △基于軌道拖船的近地軌道加注站概念的操作流程


      第三種是“地月拉格朗日L1點”加注站。“拉格朗日L1點”是位于地球和月球之間的一個引力平衡點,加注站在這個點附近的區域內運行所消耗的燃料最少,這樣就可以將更多的燃料留給有需要的飛行器。這種模式主要針對探月、探火等深空探測任務,飛行器在執行任務時,可再次“加油”后,去往更遙遠的太空。其推進劑補給方式與近地軌道加注站相同。
      焉寧介紹,無論是未來空間站建設,還是衛星延壽,我國對太空燃料加注站也有迫切需求。因此,目前我國正在加快這方面的研究。


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