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未来太空“计程车”——可重复使用的航天飞船

来源:中国数字科技馆2019-09-17 10:38

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  9月10日,在河南郑州举办的“中国卫星导航与位置服务第八届年会暨中国北斗应用大会”上,“神舟”号飞船总设计师、中国工程院院士戚发轫在接受媒体采访时表示,中国正在研制新型可重复使用多功能载人飞船。相比普通的载人飞船,可重复使用载人飞船会有那些优势呢?

未来太空;计程车;重复使用

普通飞船都是“一次性用品”(资料图)

  越耐用 越便宜

  毋庸置疑,未来人类进军太空的脚步只会越迈越快,越迈越远,与之相应的是人类出入太空的频次也会越来越密集。但是,由于技术瓶颈和高经济投入的限制,载人航天未来的发展面临着能力和效益的挑战。一次性使用的载人飞船无论从研制、发射和任务周期,还是费用方面都无法满足大规模载人航天活动的需求。因此,降低发射和运营成本是关系到载人航天健康可持续发展的重要问题,而可重复使用载人飞船为解决这个问题提供了重要出路。

  可重复使用载人飞船是指在执行了一次任务后,只需要通过简单的测试和维护,就可以快速投入下一次任务的飞船。相比那些“用过就扔”的一次性飞船,可重复使用飞船不仅可以大幅缩短任务的准备时间,提高航天发射频次,还可降低单次任务的成本(一项对载人飞船的成本与可重复使用次数关系的分析结果表明,载人飞船可重复使用次数达到10次以上时,可显著降低成本),特别适合未来大规模的空间开发任务,所以,该类航天器已经成为航天大国发展的重点。

  中国“龙”上太空指日可待

  目前可重复使用载人飞船的研制,主要有两大方向。

  一种是让飞船同时兼具航天器和航空器的特征,在太空时做轨道飞行,在大气层内则能通过机翼做动力飞行或无动力滑翔。此类飞船的特点是可操作性强,适用范围广,回收简便,代表了未来主要发展趋势,但研发难度较大。

  以前,美国的航天飞机是这类飞船的代表,现在则以X-37B轨道飞行器为首。另外,被航天迷所热衷的“空天飞机”也属于此类。

未来太空;计程车;重复使用

美国X-37B轨道飞行器(资料图)

  另一种与目前广泛使用的载人飞船在外形、发射方式以及回收途径上差别不大,但采用了各种新型技术使飞船能在短时间内重复使用。如可重复使用动力技术、高强度轻质主结构技术、轻质低烧蚀热防护材料技术、无损着陆回收技术等。

  这类飞船目前发展最为成熟的,是美国SpaceX公司的“龙”飞船。该飞船是SpaceX为NASA商业轨道运输服务项目研制的,分为货运和载人两种型号。除了乘员运输时必要的逃逸救生系统和生命保障系统,两种型号的飞船在构型上几乎相同,以便于能在货运与载人能力之间快速转变。

  “龙”飞船主要包括一个体积为10立方米的加压返回舱(最多可以承载7名航天员),和一个体积14立方米的非增压货物舱。到目前为止,“龙”飞船的货运型号已经实现了第二次重复使用,其载人型号也在今年3月发射成功(运载了一个假人模型)。因此,“龙”飞船可能成为最先摘得桂冠的可重复使用载人飞船。

未来太空;计程车;重复使用

“龙”飞船的可重复使用技术已接近成熟(资料图)

  根据此前中国航天科技集团公司透露的信息,中国的可重复使用载人飞船应该和“龙”飞船一样,走的是比较稳妥的路线。

  资料显示,中国新一代载人飞船将采用返回舱与服务舱两舱构型,全长约9米,最大发射重量约23吨;在充分继承中国载人航天工程已有技术的基础上,在结构、推进、回收、可重复使用等方面采用了一系列先进技术,使飞船具备高可靠、高安全、低成本和宜居的特点。相信中国“龙”遨游太空也应该指日可待了。

  划重点:可重复使用载人飞船是指在执行了一次任务后,只需要通过简单的测试和维护,就可以快速投入下一次任务的飞船。相比那些“用过就扔”的一次性飞船,可重复使用飞船不仅可以大幅缩短任务的准备时间,提高航天发射频次,还可降低单次任务的成本,堪称未来的太空“计程车”。

  作者:兰顺正,军事科普专家、远望智库特约研究员、察哈尔学会研究员、中国指挥与控制学会会员。

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