美国明年将实现飞船火箭都重复使用,这项技术

 公司新闻     |      2020-06-20 05:46

据美国《太空新闻》网站6月16日报道,美国宇航局允许SpaceX公司最快在明年重复使用“龙”飞船和发射它的“猎鹰-9”型火箭的第一级。

NASA与SpaceX签署的商业乘员运输能力(CCtCap)合同的一项修改在上个月发布。这项修改将允许SpaceX从猎鹰9的第一级和载人的“龙”飞船开始重复使用。重复使用旧飞船和旧火箭将从该航天器的第二次任务开始,即从认证后任务-2(PCM-2)或载人-2(Crew-2)任务开始。

这将是人类航天史上首次使用重复使用的旧飞船和旧火箭进行载人航天任务,具有划时代的意义。这标志着高可靠性的航天器和火箭重复使用技术步入了成熟阶段,将能够大幅度降低载人航天任务的成本。实际上,在NASA与SpaceX签署的CCtCap合同的原始版本中,SpaceX还保证为每次载人“龙”飞船任务使用全新的飞船和火箭,以增加可靠性。但是随着SpaceX多次重复使用猎鹰-9火箭的第一级进行了成功的商业发射,并且在5月30日成功地使用“龙”飞船将两名宇航员送入国际空间站,NASA的信心得到了增强。

据报道,SpaceX并不是唯一被允许重复使用载人航天器的公司。根据波音公司与NASA签署的合同,波音公司也被允许在两次飞行任务之间重复使用其CTS-100 Starliner载人模块。

首先,我们已经见到了中国的可重复使用的新一代载人飞船。2020年5月8日,我国新一代载人飞船的试验船在圆满完成了轨道任务后,在酒泉东风回收着陆场成功着陆。比起以往的中国“神舟”和俄罗斯“联盟”等飞船,这型新飞船用途十分广泛,既可以执行近地轨道任务,有可以执行载人月球探测和载人深空探测等任务,运载能力达,最多可运送7名宇航员,并且可以重复使用,大大降低了载人飞船的飞行成本。

我国新一代载人飞船的返回舱采用金属结构与防热结构分开设计的方式。金属结构能够重复使用,防热结构可以更换。高价值的船载设备比如计算机和传感器等,都内置在返回舱里。而在过去,这些设备都放在服务舱内,在返回大气层的时候会同服务舱一起烧毁。另外,飞船的对接机构也很昂贵,我国新飞船使用防热结构给对接机构设计了一个保护罩,在外太空对接的时候,保护罩打开,在返回地球的时候,保护罩盖上,这样对接机构及其内部的设备也能够得到保护了。

在两次飞行之间,只要更换轻质的防热结构,再经过严格的检测,这个返回舱就能够重复使用了。我们期待着新型载人飞船能顺利完成测试,再次执行航天任务。

首先看国家队,早在数年前,中国航天科技集团六院院长刘志让就透露,中国正在持续开展以液氧烃类发动机为代表的火箭动力可重复使用技术研究,突破了产品不下台连续多次热试车、大范围推力调节、多次起动、重复使用快速处理等多项关键技术。在2019年7月底,航天科技集团中国运载火箭技术研究院首次“栅格舵分离体落区安全控制技术”试验取得成功,为发展可重复使用运载火箭奠定了基础。火箭院为商业航天规划了捷龙系列和腾龙系列运载火箭。捷龙系列就是以商业固体运载火箭为主,对发射设施的依赖度比较低,而且比较灵活。腾龙系列是以液体运载火箭为主,运载能力也比较大,从降低成本的角度,以液体为主。火箭院预计三年内将实现商业运载火箭的可重复使用。2019年9月17日,在上海开幕的第二十一届中国国际工业博览会,航天科技集团展示了垂直起降可重复使用运载火箭CZ-6X的模型。

根据规划,中国将在2030年前后研制成功以火箭发动机为动力的两级完全重复使用运载器;到2035年左右,运载火箭可实现完全重复使用。

我们再来看看民营航天企业。2019年10月,在中关村国际前沿科技成果展上,北京星际荣耀空间科技有限公司展示了双曲线二号可重复使用的小型液体运载火箭。火箭一子级具有垂直着陆回收功能,可以重复使用30次以上。计划于2020年执行火箭一子级“抛物线”百公里垂直起降试验,2021年执行首次入轨发射任务。

由此可见,我国的可重复使用载人飞船将在未来几年投入使用。可重复使用的小型运载火箭,未来2-3年内也将投入使用。但是能够发射飞船的可重复使用的大型运载火箭,将会在2030年之后投入使用。

可重复使用火箭和航天器最大的问题就是可靠性。经过翻新的旧火箭或旧航天器的可靠性能否做到与新火箭和新航天器一样高?从技术的角度讲是没有问题的,因为按照设计,这些火箭和航天器的易损坏的部件,比如隔热层,都被设计成可更换的,再次使用的时候,这些部件都将换成全新的。而且NASA对于可重复使用火箭和航天器制定了严格的测试和认证流程,称为“德尔塔-认证”。我们相信,当中国的可重复使用火箭和航天器走向成熟时,也会制定类似的测试和认证流程。