频上热搜的可重复使用航天器是何"神器"?2045年或能1小时抵达全球
转自:中国宁波网
2023年岁末,“可重复使用航天器”成为了国际航天界的令人瞩目的焦点,频频登上热搜榜前列。
据央视新闻报道,当地时间12月28日晚,在佛罗里达州肯尼迪航天中心,美国X-37B“轨道实验飞行器”搭乘“重型猎鹰”运载火箭成功进入太空。这是X-37B自2010年以来的第七次飞行,此次它将首次进入高轨道。
身上蒙着神秘面纱的X-37B,是一架被称为“太空飞机”的可重复使用航天器,既能在地球卫星轨道上飞行,又能进入大气层滑翔,在结束任务后还能自动返回地面。
此前在12月14日,我国在酒泉卫星发射中心运用长征二号F运载火箭,成功发射一型可重复使用的试验航天器。试验航天器将在轨运行一段时间后,返回国内预定着陆场,其间将按计划开展可重复使用技术验证及空间科学实验,为和平利用太空提供技术支撑。
自从40年前的航天飞机问世,“可重复使用航天器”一直是全球航天界孜孜以求的目标。而在新一轮商业航天热潮中,通过航天器的回收、可重复使用,努力把上天的成本降低到过去无法想象的水平,从而为人类大规模进入太空打开便捷的大门。潮新闻就为你盘一盘“可重复使用航天器”。
可重复使用航天器是什么“神器”?
据科普中国介绍,可重复使用航天器是指可以重复使用的、能够迅速穿越大气层,自由往返于地球表面与太空之间,运送乘员和有效载荷;也可以指较长时间在轨停留和机动、完成各种任务的航天器,包括载人飞船、货运飞船、推进飞行器、行星着陆器、航天飞机等。
据新华社报道,中国曾分别于2020年9月4日和2022年8月5日(今年5月返回)发射过可重复使用航天器。预计中国这次发射的可重复使用航天器在轨时间将会更长,所做的科学实验也会更多。
在中国这次发射可重复使用航天器之前,美国太空探索技术公司(SpaceX)已宣布将用“重型猎鹰”火箭发射X-37B。但是,发射在一周内被推迟了3次,一直到12月28日晚才发射。
从历次任务来看,X-37B在轨道上停留的时间越来越长。首次任务在轨224天,到第六次任务已经完成在轨道停留908天。
有分析认为,X-37B的活动范围是距地面177公里至800公里,还可实现太空变轨。而侦察卫星、空间站、宇航飞船的轨道在距离地面400公里左右的位置,X-37B可以基本覆盖。
据参考消息报道,外界认为中国可重复使用航天器的技术状态也很稳定,表明中国与美国一样掌握了可重复往返太空的技术,在发射、变轨控制以及返回等关键阶段技术已经完全过关。
“航班化”航天运输预计在2045年实现
据澎湃新闻报道,在2020中国航天大会上,中国科学院院士、中国航天科技集团有限公司科技委主任包为民做了题为《航班化航天运输系统的发展与思考》的报告,表示我国计划在2045年实现“航班化”航天运输1小时全球抵达。
包为民认为,现阶段无论是一次性运载火箭以及可部分重复使用火箭,还是可重复使用的航天飞机,都还远未达到“航班化”运输系统的要求,发射准备时间长,价格也相对高昂。
航天运输达到“航班化”必须具备三个条件:一是“发车”数量远比以前多,准备时间大为缩短;二是形成固定时间和周期,重复往返;三是价格大幅下降,在普通人可承受范围内。
包为民表示,我国计划到2045年实现1小时全球抵达、地面与轨道间以及轨道与轨道间的“航班化”航天运输。
对于在技术途径上如何具体实现这一目标。包为民介绍说主要包括三种:一是可重复使用运载火箭+高超音速技术;二是升力式可重复使用运载器+高超音速技术;三是先进组合动力技术。这三种技术途径从相对简单到相对困难。
运载火箭复用会在短期内会快速推广
浙江大学微小卫星研究中心主任金仲和告诉潮新闻记者,马斯克的SpaceX引领的火箭回收复用,是当前热度最高的航天器可重复使用模式。这正是从包为民提到的三种技术途径中,最为简单的第一种的一部分。
“火箭复用与航天飞机、空天飞机的模式不同,用途也不同。”金仲和说,航天飞机的研制成本和重复使用维护成本都太高,远没有达到美国当初设计目标。其研制生产费用花费约100亿美元,一次飞行费用超过5亿美元,发射准备时间好几个月。最要命的是发生过两次非常严重的事故,导致14名航天员丧生。
相比之下,火箭分段重复使用的方式,制造和维护成本低很多。“SpaceX发展了部分重复使用的运载火箭,例如一级、二级、整流罩的重复使用。我国目前也在探索火箭回收重复使用的途径,在这个领域,国内民营火箭公司的步伐相对快一些。”金仲和说。
除了猎鹰系列火箭外,SpaceX更引人瞩目的是巨型复用火箭“星舰”。“‘星舰’在体制上与火箭有所不同,它的二子级‘星舰飞船’也可以复用,今后不一定会归入火箭一类。”金仲和认为,总的来看,从成本承受、推广应用等角度,运载火箭的重复使用是短期内会快速发展推广应用的途径。
“我国的可重复使用航天器已经进行了多次验证飞行,后续应该有很大的发展,让我们等待那一天的到来。”金仲和说。