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美国还有哪些空间站计划,继承重型火箭衣钵

时间:2019-09-19 19:08来源:军事资讯
出品:科普中国 出品:科普中国 作者:矛隼工作室 作者:矛隼工作室 监制:光明网科普事业部 监制:光明网科普事业部 众所周知的是,国际太空站已经太老了。这个从上个世纪开始

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  作者:矛隼工作室

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  监制:光明网科普事业部

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  众所周知的是,国际太空站已经太老了。这个从上个世纪开始建设,足足有几百吨重,十几层楼高的庞然大物,将在不久的未来退役。一方面,是因为国际太空站的核心舱段所经历史过于久远,其中一部分已经老化或者无法满足需求;另一方面,则是因为国际太空站太贵了。

  人类与上个世纪登上了月球,把人类重新定义为了“活跃在地月系中的物种”。之后的登月虽然停止,但是更精妙复杂的航天飞机又开始了自己的旅程。

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  图为国际太空站(来源:NASA)

  正在起飞的航天飞机(来源:wiki)

  作为一个凝聚着多个国家技术合作的结晶,国际太空站总计花费了超过一千亿美元——这甚至超过了中国如此多年以来的总航天经费。而这样的经费让美国政府有点撑不住了,近日,特朗普表示将考虑终止国际太空站的经费供应,并将资金提供给火星计划和深空之门空间站。

  然而随着新世纪的到来,航天飞机退役,人类航天似乎又重新回到了一个黑暗的时代。许多评论家曾经信心满满的认为,航天飞机之后将会是无助推器的空天飞机甚至轨道电梯的时代,然而事实是,直到2018,人类不再能投送一个超过三十吨的物体进入轨道了。

  根据媒体报道,国际太空站将于2024年停止运行,在此之后,国际太空站就会因为没有动力系统并因空气阻力而逐渐降低轨道,最终坠入大气层。

  美国在本世纪初有一个“星座计划”,而其核心将是把人类重新送上月球。

  很多的人或许认为从此之后,中国空间站将会成为唯一的太空站,但其实不是,那是因为美俄已经准备好了新的空间站计划——深空之门国际月球轨道空间站。

  星座计划是由战神系列火箭和猎户座飞船组成的方案。最初的战神一号运载火箭被用于发射猎户座飞船以完成国际太空站的乘员交换。而其设计也非常有趣,其一级火箭为一个五段固体火箭,来自于航天飞机的固体助推器。当然,这个助推器与航天飞机时代一样可以重新添加燃料并复用。

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  图为深空之门空间站轨道对接的想象图(来源:NASA)

  图为战神一号的想象图(来源:wiki)

  深空之门月球轨道空间站将位于三十多万公里外的月球轨道上,而其除了肩负国际太空站的几乎所有任务之外,还要更多的涉及到小行星和月球的探索。

  而其二级火箭则使用了一台J-2X液体发动机,以液态氧和液态氢为燃料,这也是土星五号的发动机之一。

  在本世纪,对于小行星的探索、撞击、采样返回任务非常受各国航天机构的关注。而NASA的引力牵引机方案正是在月球轨道研究小行星的计划。

  没错,战神一号火箭的几乎所有的核心技术,都来自于航天飞机时代甚至更以前的遗产。之后的战神系列火箭也都如此,这能显著地降低研发周期,并且使用现有部件也能大大的降低成本。最终规划出的超级运载火箭为战神五号,原计划被用于携带猎户座飞船“重返月球”。但是很快,在新的财务规划里,战神五号也被取消。

  引力牵引机方案是使用小型飞船接近小行星,随后开始自转来获得广义相对论的空间效应,产生引力拖拽小行星的计划。NASA计划以此捕获一个超小型小行星并将其移动至月球轨道,随后依靠深空之门空间站对其展开研究,不过这一计划由于经费问题实质上可能已经下马。

  2011年9月14日,美国国家航空航天局重新决定了新一代超重型火箭的计划。NASA副主管查尔斯·波尔顿表示:“当初我为能与航天飞机一起飞翔而骄傲,如今未来的探险者们则梦想有朝一日能在火星上漫步旅行。”

  深空之门还将让人类重返月球表面,由于其距离月球极近,而月球引力又极小,可以很方便的完成月球表面的探索任务。无论是NASA的引力牵引机还是月球着陆采样返回,都可以帮助人类更深入的了解外星体的结构组成。

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  位于月球轨道的深空之门空间站面领着很大的建设问题。众所周知的是,人类上次登月是使用着号称有史以来最强的土星五号运载火箭,而现在将运抵月球轨道的深空之门舱段并不比登月组合体的体积要小。

  SLS太空发射系统的想象图(来源:wiki)

  目前的运载火箭中最大的是重型猎鹰火箭,但是让其运送一个二十吨的舱段进入月球轨道仍然显得有些费力。

  最终决定的运载火箭,就是我们今天要谈的SLS太空发射系统运载火箭。

  最终解决这一方案的是SLS太空发射系统,这将是一个体型堪比土星五号的超级重型火箭。其由NASA带头研制,其由两个固态助推器和三台RS-25主发动机组成一级火箭,这几乎全都是航天飞机的遗产技术。初期版本的载人SLS太空发射系统运力只有七十到一百吨。但是后期的货运型SLS太空发射系统的运力可以达到一百三十吨,甚至有报道称其达到165吨。这代表着SLS将彻底超过土星五号,成为人类历史上运力最强的运载火箭。

  SLS太空发射系统运载火箭被设计用于载人航行和货运,他将把飞船送入地球轨道、月球轨道甚至更远的太空。无论是国际太空站还是NASA的火星计划都会从中受益。

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  初期版本的SLS运载火箭将有约计70吨的近地轨道运送能力,而最终版本的货运三级运载火箭的运输能力将达到130吨。

  图为SLS太空发射系统(来源:NASA)

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  SLS除了发射空间站结构舱段之外,还将发射猎户座飞船,这种飞船将是深空之门与地面的核心人员运送方式,也是人类从深空之门到月球的摆渡船。

  图为美国各种运载火箭的对比图,从左起为土星五号、航天飞机、战神一号、战神五号,最后一个是SLS运载火箭(来源:wiki)

  值得一提的是,NASA的火星计划将在轨道上建造巨大的登火组合体飞船,而这个飞船也很有可能被设置在月球轨道上建造,或者干脆与深空之门空间站对接来方便控制。

  这项计划最终得以实施,根本的原因是其费用较低,原因是其大量的使用了之前的航天飞机和战神系列的科技遗产,几乎是“凑”成了这人类历史上最伟大的运载火箭。

  当然,深空之门并不是唯一的在轨空间站。

  以最初版本的SLS运载火箭为例,其一级火箭使用的是四台航天飞机时代所留下的RS-25D/E液氢液氧发动机,并装备有两个航天飞机固态火箭。而SLS的二级火箭则是使用的RL10B-2上面级液氢液氧发动机,这是与德尔塔IV运载火箭上面级一样的发动机。

  国际太空站很有可能不会失控坠落,而是将会被民营公司接管。毕格罗公司就对国际太空站曾抱有兴趣,原因是其可能需要以国际太空站作为平台测试自己的充气太空舱。

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  毕格罗也有自己的空间站计划,其将建设一个大型充气空间站名为“鹦鹉螺”,其发射体积并不十分庞大,但在完全展开之后内部体积高达330立方米,是天宫二号的十倍之多。

  图为航天飞机的主发动机(来源:wiki)

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  SLS运载火箭的一级火箭是由航天飞机的燃料罐改进而来,这一个模块在之前经常被称之为“橙罐”。航天飞机上的橙罐仅仅作为一个燃料箱,其将把燃料输送进入航天飞机的发动机,本身没有任何推动能力。而在SLS身上,“橙罐”底部被改造以链接火箭的主推进系统(MPS),也就是底部的四台发动机,而顶端则被改装为级间结构。

  图为毕格罗充气太空站的想象图(来源:百度图片)

  从某种意义上,从土星五号到航天飞机,再到战神系列,再到最终的SLS太空发射系统,技术一代一代传承,可以说是美国航天一步一个脚印的结果。

  除此之外,Axiom 航天公司试图在国际空间站基础上建设自己的铝制外壳舱段,并随后建设自己的空间站,此公司将与Made In Space合作探索在近地空间进行工业生产的可能性。

  而最终的SLS太空发射系统,将达到这些史无前例。

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  图为Axiom航天公司的铝制外壳空间站想象图(来源:百度图片)

  图为SLS运载火箭的版本计划(来源:NASA)

  总体而言,国际太空站之后,新的空间站将如同雨后春笋一样大量的建设起来,世界航天也将进入一个新的时代。中国航天也要奋起直追,一同进入这伟大的新航天时代。

  第一个史无前例是最强的运载能力,后期版本的SLS太空发射系统的运载能力将超过土星五号。第二个则是完完全全使用液氢液氧发动机,这是燃料储存技术的发展的体现。而最后一点,在于其将帮助人类完成史无前例的壮举——包括月球轨道空间站和登上月球。

  总而言之,太空发射系统接下了之前美国超重型火箭的衣钵传承,请大家拭目以待它在未来的表现吧。

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