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设想出炉新一代飞船返回舱最多容6人物流

发布时间:2019-11-29 20:11:35 阅读: 来源:聚丙烯储罐厂家

原标题:设想出炉新一代飞船返回舱最多容6人

14吨飞船

20吨飞船

美国天龙号飞船

俄罗斯PPTS飞船

近期发行的《航空学报》上,来自中国空间技术研究院载人航天总体部的科研人员发表了一篇题为《新一代多用途载人飞船概念研究》的文章。文章为我国未来的新一代多用途载人飞船初步提出两种方案设想,为未来飞船的进一步研制提供参考。未来的新一代载人飞船需要适应近地任务和深空探测任务,经适应性改造后可分为基本型和增强型两种,其中14吨飞船将支持近地轨道、小行星与火星任务;20吨飞船将支持登月任务。

重担

肩负任务多元化

据统计,未来载人航天任务的目的地主要有五类:近地轨道、地月空间(如地月拉格朗日点)、月球表面、近地小行星和火星。总结国外的研究资料后发现,不同的载人飞行模式对于载人飞船的需求不尽相同。就乘员人数来看,在载人登月、载人登小行星、载人登火星任务中,需满足2至4人的乘组需求。此外,考虑到未来载人登月和深空探测的需求,新一代载人飞船应具备不少于21天自主飞行和不少于两年半停靠的能力。

尽管空间站、小行星和火星任务的任务模式差别较大,但在这三类任务中,载人飞船的飞行模式基本相同,即将乘员送入近地轨道、对接停靠、完成任务后直接再入返回,因此载人飞船对推进能力的需求基本一致;对于载人登月任务,由于载人飞船要具备从月球轨道返回的能力,因此需要较大的速度增量。因此,科研人员提出设想,新一代载人飞船的推进系统可以设计成两个模块,以适应两种速度的增量需求。

外形

钝头体两舱构型

文章指出,新一代载人飞船的技术实现途径构成主要考虑以下诸方面的要素:构型布局、气动外形、回收方式、逃逸方式、降低成本等,同时,在总体方案设计时还要考虑载人运载火箭能力、着陆场区选择有限等约束因素。

就气动外形上来看,由于新一代飞船返回舱需要具备以第二宇宙速度再入返回的能力。相比较其他外形,钝头体外形的返回舱在乘员过载方向、安全可靠性技术成熟度等方面具有较为明显的优势,同时也是国外新一代载人飞船返回舱的主流选择。因此设想提出,中国新一代载人飞船应优先选择钝头体气动外形方案。

从构型上来看,飞船构型布局有多种方式可供选择,较常用的是三舱构型和两舱构型。由于新一代载人飞船返回舱需支持最大6人乘组,返回舱规模将至少比“神舟”飞船返回舱增大一倍,两舱构型是一种比较好的选择。

此外,在对新一代载人飞船方案的技术途径初步分析的基础上,科研人员提出了两种新一代载人飞船方案的设想。由于新一代载人飞船需要适应近地任务和深空探测任务,经适应性改造后,新一代载人飞船分为基本型和增强型两种。飞船采用模块化设计,两飞船返回舱完全相同,推进舱携带不同重量的推进剂以适应不同任务需求。从具体的任务支持来看,14吨的飞船支持近地轨道、小行星与火星任务,20吨飞船支持登月任务。

技术攻关

防热逃逸回收处处关键

在再入返回速度的指标上,月球、小行星和火星任务要求载人飞船应具备适应第二宇宙速度(约11.2km/s)再入返回的能力。而返回舱以第二宇宙速度高速再入过程中,热流峰值等因素相对“神舟”飞船都有着显著增大。因此,新一代的载人飞船需研究突破返回舱防热结构耐受高热流密度与强气流冲刷、防热结构轻量化设计、新型低密度烧蚀防热材料制备与成型等技术,以实现返回过程中气动外形稳定、结构完整等要求,保证再入安全。

据介绍,目前,返回式航天器使用的热防护材料及结构有传统烧蚀材料、低烧蚀轻质新型防热材料和非烧蚀防热瓦。传统烧蚀材料(如碳-酚材料)密度过大,热防护结构质量过重,因而不适用于新一代载人飞船;非烧蚀防热瓦技术在航天飞机上得到了运用,但对于以第二宇宙速度再入的跳跃式航天器而言,防热性能不足,而且对于中国而言,这种技术继承性差,研制难度大;低烧蚀轻质新型防热材料,具备技术可行性,可以大幅减轻飞船重量,适用于登月或深空探测任务。

此外,科研人员指出,新一代载人飞船应具备从零高度到入轨分离的全发射阶段逃逸救生能力,采用自备动力逃逸是一种优选方案。在此过程中需要突破各项关键技术。

就回收方式而言,在着陆点的选择上,为了兼顾登月等深空探测任务,应该在低纬度地区选择着陆场。依据中国地理位置特点,低纬度着陆场宜选择建立在海上,并兼顾陆上着陆能力。从减速制动方式选择来看,随着返回舱规模的增大,单伞的能力已不适应,群伞是一个比较合理的选择。在此项指标中,需突破安全开伞、陆地和海上着陆缓冲等关键技术。

此外,在初步设想中,科研人员还提出,新一代的载人飞船,通过着陆减损设计来保证可重复使用设备在着陆过程中受到尽可能小的冲击,来降低使用成本。

现状

“神舟”飞船

需后继有人

我国自1992年实施载人航天“三步走”战略规划以来,已成功突破了载人天地往返运输、出舱活动、载人交会对接三大载人航天技术,目前正在研制、建造中国载人空间站。中国的“神舟”系列载人飞船已圆满完成了10人次载人航天飞行任务,取得举世瞩目的成就。

对照国外来看,自2011年美国航天飞机退役以后,目前可以执行天地往返任务的载人航天器只有俄罗斯的“联盟”号和中国的“神舟”号载人飞船。据介绍,近期美国为改变没有自己的天地往返载人航天器的尴尬现状,正加紧研制新一代载人飞船,预计在2018年前后具备飞行能力。俄罗斯已制定新一代载人飞船的发展计划并开始着手研制。

科研人员认为,载人天地往返运输能力体现一个国家自由进出空间的水平,是开发和利用空间的重要前提,是世界航天强国未来载人航天技术发展新的竞争焦点。因此,在“神舟”载人飞船进入成熟稳定期后,中国有必要尽早启动新一代多用途载人飞船的论证和研制。

专家观点

专家表示,航天器的研究一般要经历概念研究、方案设想、初样和正样几个阶段。该论文尚处于阶段前期,离未来的最终方案还有较远距离。不过,专家称,该文章发表在航空航天界最具权威性的《航空学报》上,论文作者又来自以往航天器的主要研发单位,加上文章具有较为可靠的实质性内容,所以可被视为我国首次公开未来新一代多用途载人飞船的初步设想。(牛伟坤)

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稿源:人民网

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稿源:环球网

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