中国可回收航天器亮相!去太空和坐飞机一样便宜

(组合动力飞行器)

近日,航天科技集团一院证实,我国“可复用航天运载器”将于2020年首飞。这种新型航天运载器可实现全箭回收,其成本只有传统火箭的十分之一,相对世界上所有运载火箭均有绝对优势,而这一技术的诞生意味着我国在航天领域已经达到世界领先水平。该技术一旦成熟,其将彻底取代传统商业航天发射!

面对竞争日益激烈的商业航天发射领域,世界各航天大国都开始研制新一代的“低成本航天运载器”。在这新一轮的太空竞赛中,美国率先出击,其SpaceX公司推出了“猎鹰-9”运载火箭。该火箭的主要技术特性为芯一级垂直回收复用,其发射价格为6300万美金,成本远低于传统火箭,如欧洲的阿丽亚娜-5火箭其发射成本高达1.3亿美金!然而,猎鹰-9仍存在两点问题:1、为实现芯一级垂直回收将牺牲火箭一半的运载能力。2、由于入轨高度太高,火箭芯二级无法回收,这部分成本依然巨大。

(猎鹰-9火箭海上回收)

日本在这轮竞争中的对策是通过降低发动机性能来实现低价制造。为此,三菱重工推出了“H-3”运载火箭。该火箭共采用四台液体发动机,发动机全部采用“部分膨胀循环”工作模式,该模式的优点为“技术难度低、可靠性高、成本低”。然而其缺点也很明显:由于膨胀循环没有预燃室,火箭燃烧压力极低,因此比冲低推力小,其造成的直接影响结果就是“有效载荷小”,说白了,日本人的火箭虽然造价便宜但是运的少,按货物重量平均价格算,其最终发射成本仍旧没有降低。

(日本H-3火箭)

时至今日,我国的“可复用航天运载器”的思路可以说是最为超前。具体来说该运载器就是一台火箭动力巨型空天飞机背负着一台小型空天飞机,巨型空天飞机负责将小型空天飞机速增量提升至6马赫,高度80-120公里,而后巨型空天飞机像飞机一样滑翔回收。相对于猎鹰-9号的垂直回收芯一级,这种设计的优势在于无需额外燃料,不会牺牲运载能力。而该航天器真正具有颠覆性的地方在于小型空天飞机可以实现自行入轨执行任务,在任务结束后还能依靠自身姿态调节发动机实现再入大气层并最终滑翔回收。也就是说,该运载器整体均可回收,不会有任何一次性部件,其成本远不是传统火箭可以相提并论的。

我国新型航天运载器可以通过节流措施调整自身轨道,实现80公里亚轨道商业旅行能力与200公里近地轨道实用模式的转换。随着太空时代的到来,越来越多的人愿意为“太空旅行”买单,这一市场潜力巨大,我国的这种新型运载器在该领域有无可比拟的优势,因为滑翔回收所需要人体承受的过载远远小于猎鹰-9火箭的垂直回收,这使得航天器对乘客身体素质的要求变得极低,最终使我国有望实现真正意义上的“全民航天”

(中国太空旅行舱设计)

同时,值得注意的一点是,这种新型航天运载器并非我国航天领域的终点,我国真正的终极目标是航天科技集团将于2030年首飞的“组合动力飞行器”,这将是人类化学能航天的巅峰。美国与英国曾经试图研制这种飞行器,最终苦于技术难度与经费问题而下马,而这两国的项目均为指标保守的二级入轨项目,与我国2020年首飞的运载器类似,而我国将于2030年首飞的“组合动力飞行器”将实现“单级入轨”能力,该能力是低成本航天的最高目标,其具体原理是通过并联涡喷——冲压——火箭发动机来实现速增量接力,在3马赫以内、3万米高度以下采用涡喷发动机,在3-6马赫超燃冲压发动机开始接替涡喷将火箭推向10万米高空,由于涡喷及冲压发动机均为喷气发动机,因此不需要消耗氧化剂,大大节省重量。在速度高于6马赫时火箭发动机点火,飞行器以第一宇宙速度直接入轨。相较于二级入轨空天飞机,该方案结构大大简化,干质比提升巨大,其对结果的直接影响就是载荷质量提升了一个等级,而入轨所需要的氧化剂极少且整体可回收复用,这也意味着该方案成本直逼民航客机,这是目前为止人类任何航天器都望尘莫及的!

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