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天宮尋夢 中國飛船可否走向世界?


http://news.wenweipo.com   [2011-09-23]    我要評論
       

神舟系列飛船採用三艙佈局,目前的使用記錄表明它是一種合理的結構,也能夠滿足未來載人空間站的需求。

說起中國載人航天工程的載人/貨運飛船,俄羅斯是繞不過去的話題。通過1996年簽訂的《中華人民共和國政府和俄羅斯聯邦政府關於在載人航天領域進行合作的協議》以及一系列更早的合作協議,中國載人航天921工程得到了大量瞭解借鑒俄羅斯載人航天技術的機會,對神舟飛船的設計可能起到了很大的影響。俄羅斯載人航天系統目前使用的飛船主要是聯盟系列載人飛船和進步系列貨運飛船,均使用傳統的針-錐(Probe-Drogue)對接裝置。

聯盟號載人飛船

聯盟飛船經歷數十年的發展,已經發展到聯盟TMA和TMA-M型號,聯盟TMA-M飛船在電子設備上進行了升級,更換了老舊的計算機,整體質量降低了70千克,第一艘飛船TMA-01M於2010年10月8日發射。聯盟TMA-M飛船長度約7米,最大直徑2.7米,起飛質量7220千克,3人時攜帶170千克載荷,最大著陸質量2900千克。飛船設計飛行壽命14天,空間站駐留壽命200天。

進步號貨運飛船

進步飛船自1978年首次以來也經歷一次次升級,目前的飛船型號為進步M-01M飛船,這是2008年後啟用的型號,長度約7.2米,最大直徑2.7米,起飛質量約7.2噸,最大上行貨物運載量約2.6噸。進步系列貨運飛船除了運輸補給品、推進劑和水給空間站,還有提升空間站軌道高度的能力。在歐空局的自動轉移飛行器服役前,國際空間站的軌道調整基本依賴於進步號貨運飛船完成。

中俄載人/貨運飛船對比

中國神舟系列載人飛船雖然在設計時對俄羅斯聯盟飛船有所參照,但神舟飛船的尺寸和重量均有所增加。神舟飛船全長9.13米、最大直徑2.8米、質量約8噸;而聯盟飛船長度約7.2米,最大直徑2.7米,起飛質量約7.2噸。尺寸、質量增加使得神舟飛船擁有更寬敞的載人和設備佈置空間,另外神舟是新設計的飛船,各類設備的體積和重量都會比聯盟有所縮小。

中國貨運飛船則要比俄羅斯進步號貨運飛船先進得多。中國貨運飛船改進自天宮系列空間實驗室,全長9米以上、最大直徑3.35米、質量13噸、最大上行貨物運載量達到6噸。而俄羅斯進步號貨運飛船是以聯盟號載人飛船為基礎,長度約7.2米,最大直徑2.7米,起飛質量約7.2噸,最大上行貨物運載量約2.6噸,運載能力要弱得多。

雖然進步系列貨運飛船在俄羅斯載人航天史和國際空間站的發展史上起到了至關重要的作用,但進步貨運飛船本身基於聯盟飛船改進而來的原始設計還是太老舊了,性能也不盡人意。

歐洲ATV貨運飛船

歐空局獨立啟動了自動轉移飛行器(ATV)貨運飛船的研製,ATV的對接裝置大量使用了俄羅斯針-錐對接裝置的硬件,但在傳感器和交會對接算法上有大量自己的特色。更重要的是ATV使用阿麗亞娜5火箭發射,最大起飛質量高達20.75噸,最大上行貨運能力高達7667千克。ATV可運載的貨物包括普通加壓貨物,水和空氣以及常溫推進劑,在7667千克的最大貨運能力中包括5500千克的加壓貨物,840千克的水、100千克的空氣和860千克的偏二甲肼-四氧化二氮推進劑。ATV貨運飛船還有提升空間站軌道的能力,本身自帶高達4600千克的混肼-混合氧氮(MMH-MON)推進劑用於推進國際空間站。

雖然ATV飛船建造加上發射費用的高達數億歐元的價格極其昂貴,但對比它的貨運能力之後費效比並不比俄羅斯進步飛船低,如果考慮到4.6噸的推進劑用於空間站變軌,綜合費效比恐怕更為出色。何況ATV是歐空局自己的項目,積累了自身的工程技術和使用經驗,並具備發展為載人飛船的潛力。

日本HTV貨運飛船

類似於歐空局,日本宇宙研究開發機構(JAXA)也研製了自己的貨運飛船H-II火箭轉移飛行器(HTV),日本原定使用液體助推器的H-IIA系列火箭發射HTV,不過最後在可靠性和預算限制的壓力下改用4枚固體助推器的H-IIB火箭。HTV貨運飛船對接使用美國研製的通用對接裝置(CBM)標準,在交會對接的傳感器、通訊和算法上使用自己的設計。CBM對接裝置的內部直徑要遠大於俄羅斯的針-錐對接裝置,因此可以運輸更大的加壓貨物,如國際標準有效載荷機櫃(ISPR)。

由於H-IIB火箭高達16.5噸的國際空間站圓軌道發射能力,HTV的最大發射質量也是16.5噸。HTV貨運飛船的運載能力也相當出色,截止HTV-2飛船已經具備了高達6噸的上行貨運能力,尤其是HTV使用模塊化設計分為加壓貨艙和非加壓貨艙,具備大件非加壓貨物的運送能力,是航天飛機退役後非加壓貨物運輸的唯一選擇,並和進步飛船、ATV一起支撐起國際空間站貨運的重任。根據JAXA的規劃,HTV任務到2015年後將升級HTV飛船為HTV-R,具備攜帶貨物返回地面的能力,不過目前尚未選定確切的方案。

美國發展多款新型載人/貨運飛船

美國亞特蘭蒂斯號航天飛機已經在7月21日返回地面,完成了最後一次航天飛機任務,美國迎來載人航天空窗期。俄羅斯媒體對此宣傳航天飛機時代結束,聯盟時代開始,自然令美國人群情激昂。美國航天網nasawatch的評論提到:「用不了多久,美國飛船就可以做一切聯盟飛船可以做的工作,而且又好又便宜。(All too soon, American spacecraft will do everything Soyuz does - and more - and will do so much better - and cheaper)。」



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