美国火箭二级将可重复使用 在太空中往返运货

发布时间 : 2018-05-04     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  为降低火箭发射成本,目前,各航天大国均在开展火箭重复使用技术研究,如2017年以来,美国Space X公司猎鹰9火箭多次成功回收火箭一级并再次用来发射。我国也正在开展火箭重复使用技术研究。
  然而,当前多数研究侧重于火箭一级重复使用,美国联合发射联盟公司则另辟蹊径,提出“太空卡车”计划,探索火箭二级重复使用技术,为未来空间货运提供了一种新途径。


  当前空间货运组合:火箭基础级+上面级


  火箭是人类进入太空的主要运输工具。据中国运载火箭技术研究院研发中心航天运输系统总体技术研究室高级工程师胡冬生介绍,目前,国际上主流火箭如美国的德尔塔4、宇宙神5、猎鹰9,欧空局的阿里安5火箭等,大多是两级或两级半构型(两级+助推器),我国运载火箭长征三号甲系列为经典的三级或三级半火箭,而新一代运载火箭长征五号、长征七号也积极与国际接轨,采用两级半构型。
  由于目前火箭二级功能较为单一,由火箭末级演变而来的上面级成为当前空间货运的主角。两者搭档,完成了很多空间货运任务。火箭先通过基础级将上面级和“乘客”送入近地空间,上面级则像“摆渡车”一样继续接下来的行程,将不同的“乘客”分别送到不同的目的地。

  

△上面级将卫星送入不同目的地


  然而,由于所携带燃料及能源的限制,目前,上面级的工作时间一般为几小时至几天。当完成自己的使命,燃料耗尽时,它就只能在茫茫太空里长期“沉睡”或离轨再入大气层烧毁。


“太空卡车”:空间货运新途径


  胡冬生介绍,为进一步降低发射成本,增强在国际发射市场上的竞争力,2015年,美国联合发射联盟公司宣布研制新一代火箭“火神”,同时启动“太空卡车”计划,全面探索研究火箭重复使用技术。



△“火神”火箭起飞效果图


  “火神”火箭的第一级发动机在与火箭分离后,通过降落伞减速和直升机空中勾取进行回收,经过检测和维护后继续执行发射任务。而“太空卡车”计划,将让火箭的第二级在太空停留数周甚至数月,并多次重复使用。
  “太空卡车”计划实施的前提是建太空燃料加注站。和地面加油站给汽车加油、空中加油机为飞机补给燃料相似,通俗来说,太空燃料加注站就是一个建造在太空里的推进剂储藏室,可为太空中的飞行器加注燃料。
  当完成规定任务、燃料即将耗尽时,火箭二级就可以到加注站重新加注燃料,而后便能执行新的任务,比如将货物从近地轨道运往高轨,或者是送往月球、火星等更远的地方。它就像地面上的卡车一样,可以重复多次使用,是空间货运的一种新途径。



△太空加注站在轨补给示意图


  在人类太空开发活动中,“太空卡车”有着非常诱人的前景,有效降低进入空间和开发空间的成本;能够极大提高火箭二级的多任务适应性,拓展二级的“送货范围”。
  此外,在未来大规模空间基础设施建设中,“太空卡车”也具有天然优势。按照联合发射联盟公司的设想,未来5年内,人类将开始在近地轨道上建造用于太空采矿与探索的基础设施,到2050年将在月球上建设人类活动基地。有了“太空卡车”,这一太空货运活动有望变得更加经济可行。

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