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中国登月重型火箭曝光:推力竟远超美俄世界第一

2015/5/25 22:17:16
文章来源:网络

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  随着“神舟十号”再次搭乘“长征二号F”火箭升空,至此,“神舟一号”至“神舟十号”以及“天宫一号”全部由“长征二号F”发射完成,后者由此堪称中国载人航天“专用”运载火箭。


资料图:中国系列运载火箭

  下半年,备受关注的“嫦娥三号”也将搭乘“长征”火箭进入太空。事实上,在2013年,中国最着名的“长征”系列运载火箭再次进入发射高频年。

  对于中国人来讲,火箭具有极其非凡的象征意义。这种与强大关联的荣誉感、自豪感在很多年里远远超过它带给中国人的实际意义。

  随着中国航天发展的需要,重型运载火箭的研制也在研究中。

  这种正在研究中的中国运载能力最大的火箭,运载能力将达130吨左右,是现役运载火箭的6倍,箭体直径是现役火箭直径的2倍左右,以满足后续载人登月、深空探测等发射任务的需求。这个推力的火箭目前整个世界现役的火箭里都没有,唯一有的是美国的战神五号,可惜财力不济美国人已经放弃了。

  据相关负责人接受媒体采访时介绍,研制重型火箭是中国实施太空发展战略的重要举措,也是中国实施大规模深空探测任务的基础,将大大提高中国运载火箭的运载能力、自主进入空间能力,是保持空间优势核心能力的关键支柱。该项目在极大带动航天技术水平跃升的同时,还辐射带动国家基础工业、科学技术和民用产业的技术进步、能力升级。。***

  


  基地现场等待安装的长达60米的“长征-2F”运载火箭。

  这类被一些人称为第三代运载火箭的重型运载火箭,预计起飞重量为3000至4000吨,箭体直径将达到8至10米,低轨道运载能力为50至130吨,飞月运载能力达到30至60吨。

  余梦伦解释,第二代运载火箭中的“长征五号”至“长征七号”主要是完成载人空间站建设和探月返回等任务。“长征五号”、“长征六号”、“长征七号”的研制,是当前的主要任务,正在加紧研制中,预计将于2014年在海南文昌卫星发射基地实现“长征六号”、“长征七号”的首飞。

  同时,新一代全固体运载火箭“长征十一号”也在研制中。它可整体贮存、操作简单、发射成本低,发射准备时间短,这将大大提高快速进入空间的能力,满足对自然灾害、突发事件等的应急发射需求。

  用于载人航天的“长征二号F”是在“长征二号E”的基础上改造完成的。

  余梦伦说,“中国载人航天工程对运载火箭提出了三个方面的要求:第一,运载能力要大,第二,可靠性要高,第三,要有逃逸系统。”

  “长征二号F”起飞重量480余吨,起飞推力达600多吨,是目前“长征”家族中起飞质量最大、长度最长的火箭。

  第三代以重型运载火箭为代表,预计2040年前后可实现首飞。不过,余梦伦认为,这个目标有可能会提前完成。

  而第四代运载火箭,预期有可能实现低成本航天运输。“长征”,将开始自己新的征途。

  

  离登月还有多远?

  要数端午假期大众最关注的新闻,神舟十号发射升空当数其中――除了在飞船中吃粽子等小趣闻,与天宫一号对接、空间站授课直播等环节更是让大家期待万分。从1999年神舟一号飞船成功发射至今,我们见证着国内航天科技从无人巡航到载人飞行,从太空绕行到建立空间站,从航天员出舱到两个航天器组合飞行的稳步发展。这次执行任务的神舟十号飞船,到底有些什么亮点?它跟以往的航天飞船相比又有了哪些改进?下面就让笔者为大家“评测”一下这艘万众瞩目的载人航天飞船,并对日后载人航天飞船的发展进行一点猜想。




 

一、神舟系列飞船发展历程

  目前神舟系列航天飞船已经发展至第十代,其在功能上亦从简单的太空轨道绕行,发展到载人飞行、物资运送、空间站对接等多项任务。这跟我国航天技术的发展和太空空间站建设的蓝图有着重要的关系。

下面的表格列出历代神舟航天飞船的发射时间、搭载的航天员以及其所执行的任务。

 

历代神舟航天飞船执行任务概况一览表
航天飞船 发射时间 着陆时间 航天员 执行任务
神舟一号 1999年11月20日06时30分 1999年11月21日15时41分 首次测试飞行,成功实现天地往返。
神舟二号 2001年1月10日01时00分 2001年1月16日19时22分 试验飞船各系统从发射到运行、返回、留轨的全过程进行考核,取得与载人飞行有关的科学数据和实验数据。
神舟三号 2002年3月25日22时15分 2002年4月1日16时51分 测试火箭逃逸功能、飞船应急救生、自主应急返回、人工控制等功能,并载有模拟宇航员以作为载人飞行实验的根据。
神舟四号 2002年12月30日00时40分 2003年1月5日19时16分 确保宇航员绝对安全,进一步完善和考核火箭、飞船、测控系统的可靠性。
神舟五号 2003年10月15日09时00分 2003年10月16日06时22分 杨利伟 首次载人飞行,成功围绕地球十四圈。
神舟六号 005年10月12日09时00分 2005年10月17日04时33分 费俊龙
聂海胜
首次搭载二人,进行多人多天的航天飞行。
神舟七号 2008年9月25日21时10分 2008年9月28日17时38分 翟志刚
刘伯明
景海鹏
首次搭载三人,成功完成出舱活动(又称太空行走)。
神舟八号 2011年11月1日05时58分 2011年11月17日19时32分 与天宫一号交会对接,组成一座小型的低地轨道“空间实验室”,为建立中国空间站做准备。
神舟九号 2012年6月16日18时37分 2012年6月29日10时03分 景海鹏
刘旺
刘洋(女)
首次搭载女宇航员,手动与天宫一号交会对接,进驻进行空间实验。
神舟十号 2013年6月11日17时38分 预计2013年6月26日 聂海胜
张晓光
王亚平(女)
第二次搭载女宇航员,第二次手动与天宫一号交会对接,进驻空间站进行天地互动实验。



 


二、神舟十号外观评测

  对于神舟十号飞船,我们对它的第一印象,都是从其外观上去进行判断。下面我们就从它的外形和材料等方面,了解这艘航天飞船的真实面目。

  1、外形及体积

  神舟十号飞船整体长约9米,重量约8吨,最大直径2。8米,继续沿用资源舱(推进舱)、返回舱和气闸舱(轨道舱)的三舱结构,并带有一些附加部件。其中,资源舱内含推进系统、通讯系统、环境控制和部分电源,两边各有一对太阳能电池板翼,以将太阳能转化为电能,为飞船供给能量;返回舱内含降落伞和反推力火箭,是航天员返回地球时所处的空间;气闸舱则是航天员日常工作和生活的地方,支持航天员出舱活动,一端的对接机械装置和舱外部配备的跟踪测量装置则是用于与空间站(天宫一号)进行对接。

  按照示意图比例进行粗略计算的话,航天员所生活的气闸舱,内部空间不超过18立方米,活动的空间其实并不大。如果再扣除各种仪器和工具所占据的地方,整个空间更是显得挤迫。不过,考虑到太空中失重的状态,航天员活动并不像在地球上灵活,加上日常的活动和工作任务相对单一,密集的空间放在这里倒也不算什么大问题。





2、材料

  神舟十号的机身外壳,采用的是航天级别的铝合金,它有着很高的熔点、机械强度和抗腐蚀能力,这样就能保证飞船在执行任务和返回的时候,不会受太空垃圾碎片、高温等因素影响,保持着完好的状态。

  而为了适应严酷的飞行环境和减轻结构重量,神舟十号飞船的关键部位选用了高性能复合材料,这种由国内大学材料研究所研制的特种纺织增强材料成为首选增强骨架材料,具有重量轻、强度高、抗烧蚀的优异性能,同时减轻了结构重量,显著提高了飞船的性能,同时也能保证航天员在返回地球时,返回舱的温度保持在相对较低的水平,不会被外部炽热的高温所伤。



三、神舟十号舱内细评

  除了外观和材料上有所讲究,飞船内的设备和起居、工作空间的设计也将关系到航天员在执行任务时的安全和完成质量。这里我们从运送火箭、飞船内的部分设备以及生活起居方面进行讲解和评点。

  1、运送火箭及推进器

  跟前面几代飞船一样,神舟十号所使用的运载火箭长征二号F遥10(CZ-2F Y10)火箭是长征二号F(CZ-2F)系列的改进版,而后者则是在长征二号捆绑运载火箭的基础上按照发射载人飞船的要求,以提高可靠性确保安全性为目标研制的运载火箭。在“神十”之前,天宫一号空间站和另外9艘神舟飞船,都是以长征二号F系列火箭进行运载上天。

  搭载神舟十号飞船的CZ-2F Y10火箭全长58。3米,起飞质量479。8吨,采用两级半的构形。整体由箭体结构系统、动力装置系统、控制系统、推进剂利用系统、故障检测处理系统、逃逸系统、遥测系统、外测安全系统和附加系统及地面设备系统共10个系统组成。而神舟十号飞船,则藏身在火箭筒内部二级氧化剂箱的顶端。



  长征二号F火箭上增加了自动故障检测处理系统,这套系统可以在飞船待发射阶段和上升阶段自动进行故障检测,一旦有问题它会自动报警。假如航天员正在塔架上尚未进舱,他们可以就近跳进塔架上的逃逸布袋,像乘软滑梯一样从上面一直滑到地下室的安全地区;假如航天员已经进舱,这套系统可以指挥火箭顶部的逃逸塔自动点火,把飞船返回舱拽离火箭,安全降落。

  而为了保证航天员的安全,长征二号F火箭还取消了其他火箭一旦姿态不稳便自动自毁的功能,改配逃逸系统,一旦出现意外时,它就可以随时启动。逃逸塔在飞船的顶部,塔高8米,从远处看像是火箭上的避雷针。它的任务是在火箭起飞前900秒到起飞后120秒时间段内,也就是飞行高度在0公里至40公里时,万一火箭发生故障,它可以拽着轨道舱和返回舱与火箭分离,并降落在安全地带,帮助飞船上的航天员脱离险境。





2、飞船设备

  在飞船设备上,神舟十号基本上继承了神舟九号的设计。而且,由于神舟十号是基于神舟九号进化的量产型载人航天器,制造技术方面会逐渐定型,而制作工艺上则会更加精细化控制,以保证产品质量。

  以太阳能电池翼为例,当载人飞船飞入太空后,折叠的太阳能电池翼将会展开,让飞船从太阳光照中获取能量支持其持续飞行。而在神舟十号上,太阳能电池翼除了铰接处有所改进外,电池基板制作时的用胶量、固化工艺等方面也有着严格的控制,让太阳能电池翼在保持同样的重量下,基板结构的性能更强。



  除此之外,“神十”飞船的舱内设备布局也有了一定的优化。例如摄像头的设置,其在“神九”的基础上作出了一些调整,以保证在飞船发射、运行过程中,地面方可以对整船状态进行更好、更全面的监控。





3、卫生间、睡眠舱等细节

  在太空飞行的半个月里,睡眠舱、卫生间等便成为了航天员每天生活居住的场所,这些地方的细节设计将直接影响到航天员生活的舒适程度。另一方面,由于神舟十号上载有女性航天员,如何解决男女共处一室和生活习惯上的差异,就成为了相当关键的问题。

  1)睡觉――各有各的“私人睡眠站”

  享受太空美妙的夜晚安然入睡,对执行任务的航天员来说至关重要。在神舟十号的气闸舱上,每个航天员都有一个独立的“私人睡眠站”。

  这个“睡眠站”类似于地面上的床,它的一面墙体上竖立有一个大抽屉,将抽屉拉开后就是一个大型的“墙体床”,不睡觉时大抽屉就能收回去,保存航天员日常使用的私人用品。此外,“睡眠站”还包括阅读台灯、一个书桌、衣服抽屉以及一个睡袋,航天员在值班空档间需要小睡一会,或者看看书放松一下,都可以在“睡眠站”上解决。

  而为了照顾女航天员,舱内还加装了帘子,为她们分隔独立的睡眠区,腾出属于她们专有的空间。



  不过,在太空失重的环境下,航天员其实很难像在地球上平卧着睡,所以他们所用的睡袋都是固定在墙上,避免睡觉时漂浮在空中到处乱碰――形象地说,这样的睡眠方式其实就像附在树上的茧。

  而且,由于飞船在24小时之内环绕地球多次,日出日落交替频繁,要沿用地面“日出而作、日落而息”的作息方式并不现实,要想知道自己睡了多久,还得以地面上的时间为准。

  2)如厕――独立空间中的真空“吸便器”

  在飞船上,如果航天员需要如厕,就需要到卫生间解决。卫生间里设有专用的集便器,航天员使用时需要扎好马步,对准集便器的大小便孔,然后借助太空的“真空吸力”将排泄物吸到相应的收集容器――好吧,在太空中如厕并不像地面那样简单,那真的是一门“技术活”。



  当然,既然有女航天员在舱内,卫生间里准备了两种不同的“集便器”,并有一扇门将它们分隔开,毕竟……男女有别嘛。

  3)洗漱――免冲洗清洁用品

  由于在太空上没有重力,所以洗脸刷牙对航天员来说是件非常麻烦的事:洗脸一般只用湿毛巾往脸上擦几下,防止水乱飘;刷牙、洗发时所用的清洁产品也是特制的,除了成分天然,最重要的一点就是“免冲”,尽量避免产生水滴和飞沫――因为水在失重状态下会分散成一粒粒的小水珠,被吸入体内后,轻则被呛得咳嗽几下,一旦进入肺部更有可能危及生命;即使没吸入人体,打在控制区的精密仪器上也不见得是好事。

  至于洗澡的问题,“神十”的气闸舱和对接的天宫一号上都没有淋浴间和浴盆,要像在地面上淋浴的话是不可能的,一是安全问题,二是水在太空中本身就是“稀缺资源”。因此,航天员的个人清洁,主要还是以经消毒的毛巾擦拭为主。而考虑到“神十”上的空间不足,航天员要洗澡擦身的话就要到天宫一号中设的两个独立睡眠区中进行,除了地方较为宽裕,也可以保护女航天员的隐私。



  关于这点,大家还是别吐槽飞船上怎么连清洁间都没有吧――在太空里,有些东西真不能要求太多。

  四、关于神舟飞船发展的无责任猜想

  1、发展趋势――制作时间的缩短

  从“神五”任务成功至“神十”发射之前,中国已经成功完成了五次载人航天飞行,并最终安全返航。如果大家有留意第一页的表格,就会发现我国载人飞行的时间间隔变得越来越短,这正显示了我国航天技术的日趋成熟。

  载人飞行技术发展成熟,就意味着飞船的生产工艺逐步稳定下来。尤其是“神八”正式为飞船定型后,很多设备就可以量产、精细化,飞船研制成本有所下降的同时,制作质量也有所提高,研制周期也就可以相应缩短。同时,随着测试流程的优化,飞船测试效率更高。

  负责调试神舟飞船的航天科技八院805所专家就有着自己的体会:“在‘神七’之前,我们每次在酒泉基地一待就是三个多月,到了‘神八’、‘神九’时,两个月就能完成任务,因为技术的成熟带动了效率的提高。”而到了“神十”,从今年5月2日运抵酒泉开始调试至正式发射,仅仅用了一个月多一点的时间。



  而另一方面,从“神五”到“神十”,载人飞船在太空中的飞行时间越来越长,搭载的航天员有所增加,而他们所肩负的任务也从简单的观测逐转向空间实验等更复杂的项目。在这样的前提下,我们有理由相信,日后载人航天飞行的间隔会继续缩短,飞行时间也会进一步加长,同时每次飞行所承载的任务会更多。

  2、未来预测――什么时候能登月?

  首先要声明的是,我国的探月计划“嫦娥工程”与神舟系列飞船的载人航天计划虽然同为国家航天局(CNSA)探索太空的项目,不过两者之间并无直接关联。而在去年6月,中国探月工程首席科学家欧阳自远院士在中科院第十六次院士大会上也表示,2017年中国将基本完成不载人登月探测任务,之后将择机开展载人登月探测等。

  根据中国已经确定的探月工程的计划,整个探月工程分为三个阶段,一期工程为“绕”,二期工程为“落”,2017年进行的三期工程为“回”。2007年4月“嫦娥一号”顺利升空以后,2009年至2015年,中国将进入嫦娥二期工程,届时将进行两到三次的软着陆巡视勘察,为建立月球基地收集基本数据资料。2017年“嫦娥工程三期”将发射一颗月球软着陆器采集月壤和岩石的样本,还要搭乘返回舱重返地球。

  “嫦娥工程三期”完成以后,中国将进入载人登月阶段。计划采用的方式是先用运载火箭将飞船送上地球轨道,飞船自行移动至月球轨道释放出登陆舱,降落在月球表面,宇航员登陆月球;活动完成后,宇航员返回登陆舱,飞离月球,与在月球轨道上等待的飞船重新对接,登月过程结束。



而对于载人登月计划,它需要结合到以下几种技术:

  1、大推力火箭技术。虽然之前的“嫦娥一号”、“嫦娥二号”飞船使用长征三号进行搭载升空,但如果要搭载载人飞船的话,目前来说只有长征五号能满足要求,但它需要2014年才能首飞,而且长征五号从推力来说比起当年美国登月所使用的土星5号还有不少差距,如何改进、改进耗时多少仍然是个未知数。

  2、发射场。只有海南文昌发射场可以发射长征5号,但是该发射场同样要在2014年才能投入使用。

  3、航天器交会对接技术。目前已经具备。

  4、深空测控技术。目前已经具备。

  5、航天器登月后再返回技术。这是嫦娥计划“绕落返”中的第三步,按照前文提及的内容,目前的计划要在2017年后。

  按上面的五点进行推断,载人登月至少要在2017年后才能步入正轨。加上目前的载人航天技术刚刚步入成熟阶段,空间站的建设仍然在初步阶段,要实现载人登陆月球,预计至少还需要进行5~6次载人飞行。

  尽管如此,但在这几年间,“神十”以及后继航天飞船的载人飞行经验,将会为日后载人登月计划做准备。



  综上所述,要让下一两代“神舟”飞船登上月球,的确并不现实。但随着航天飞船制造工艺的发展和太空探索的步伐不断迈进,在下一个10年内,月球上也会出现中国航天员的第一个足迹。

一张图看看三中全会15个改革领域的核心要点

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