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未來太空“計程車”——可重復使用的航天飛船

發布日期:2019年09月18日 來源 : 中國數字科技館 字體: 【大】【中】【小】

  9月10日,在河南鄭州舉辦的“中國衛星導航與位置服務第八屆年會暨中國北斗應用大會”上,“神舟”號飛船總設計師、中國工程院院士戚發軔在接受媒體采訪時表示,中國正在研制新型可重復使用多功能載人飛船。相比普通的載人飛船,可重復使用載人飛船會有那些優勢呢?


普通飛船都是“一次性用品”(資料圖)


  越耐用 越便宜


  毋庸置疑,未來人類進軍太空的腳步只會越邁越快,越邁越遠,與之相應的是人類出入太空的頻次也會越來越密集。但是,由于技術瓶頸和高經濟投入的限制,載人航天未來的發展面臨著能力和效益的挑戰。一次性使用的載人飛船無論從研制、發射和任務周期,還是費用方面都無法滿足大規模載人航天活動的需求。因此,降低發射和運營成本是關系到載人航天健康可持續發展的重要問題,而可重復使用載人飛船為解決這個問題提供了重要出路。


  可重復使用載人飛船是指在執行了一次任務后,只需要通過簡單的測試和維護,就可以快速投入下一次任務的飛船。相比那些“用過就扔”的一次性飛船,可重復使用飛船不僅可以大幅縮短任務的準備時間,提高航天發射頻次,還可降低單次任務的成本(一項對載人飛船的成本與可重復使用次數關系的分析結果表明,載人飛船可重復使用次數達到10次以上時,可顯著降低成本),特別適合未來大規模的空間開發任務,所以,該類航天器已經成為航天大國發展的重點。


  中國“龍”上太空指日可待


  目前可重復使用載人飛船的研制,主要有兩大方向。


  一種是讓飛船同時兼具航天器和航空器的特征,在太空時做軌道飛行,在大氣層內則能通過機翼做動力飛行或無動力滑翔。此類飛船的特點是可操作性強,適用范圍廣,回收簡便,代表了未來主要發展趨勢,但研發難度較大。


  以前,美國的航天飛機是這類飛船的代表,現在則以X-37B軌道飛行器為首。另外,被航天迷所熱衷的“空天飛機”也屬于此類。


美國X-37B軌道飛行器(資料圖)


  另一種與目前廣泛使用的載人飛船在外形、發射方式以及回收途徑上差別不大,但采用了各種新型技術使飛船能在短時間內重復使用。如可重復使用動力技術、高強度輕質主結構技術、輕質低燒蝕熱防護材料技術、無損著陸回收技術等。


  這類飛船目前發展最為成熟的,是美國SpaceX公司的“龍”飛船。該飛船是SpaceX為NASA商業軌道運輸服務項目研制的,分為貨運和載人兩種型號。除了乘員運輸時必要的逃逸救生系統和生命保障系統,兩種型號的飛船在構型上幾乎相同,以便于能在貨運與載人能力之間快速轉變。


  “龍”飛船主要包括一個體積為10立方米的加壓返回艙(最多可以承載7名航天員),和一個體積14立方米的非增壓貨物艙。到目前為止,“龍”飛船的貨運型號已經實現了第二次重復使用,其載人型號也在今年3月發射成功(運載了一個假人模型)。因此,“龍”飛船可能成為最先摘得桂冠的可重復使用載人飛船。


“龍”飛船的可重復使用技術已接近成熟(資料圖)


  根據此前中國航天科技集團公司透露的信息,中國的可重復使用載人飛船應該和“龍”飛船一樣,走的是比較穩妥的路線。


  資料顯示,中國新一代載人飛船將采用返回艙與服務艙兩艙構型,全長約9米,最大發射重量約23噸;在充分繼承中國載人航天工程已有技術的基礎上,在結構、推進、回收、可重復使用等方面采用了一系列先進技術,使飛船具備高可靠、高安全、低成本和宜居的特點。相信中國“龍”遨游太空也應該指日可待了。

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