SpaceX新飞船发射差距扩大国产新飞船

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公元年5月30日美国东部时间15时22分45秒,搭载两名宇航员的奋进号载人龙飞船在肯尼迪航天中心LC-39A发射台由编号为B.1的猎鹰9号B5运载火箭发射升空。

在经过约12分钟飞行后船箭分离,尔后进入预定近地轨道,并于美国东部时间10时18分与国际空间站对接,两名宇航员在稍晚时间顺利打开舱门进入国际空间站,正式开始一段为期30天至天的在轨任务周期。

载人龙飞船发射

由此龙飞船成为继我国神舟飞船之后人类第九款载人飞船,也结束了美国长达九年的载人航天能力空窗期。

国内多家媒体也对奋进号载人龙飞船发射任务进行了同步转播,数以千万计观众用各种方式观看了此次发射,科幻的载人龙飞船让人们不禁发问,我们与他们的差距是不是又进一步拉大了?

黑白相间部位是飞船服务舱

就在载人龙飞船发射前25天我国新一代载人飞船试验船更是率先发射进入太空,新飞船返回舱已于上月8号精准着陆于内蒙古东风着陆场,今天巅峰高地就以微观与宏观两个视角全面梳理太平洋两岸载人飞船的发展问题。

国产新飞船于5月上旬由长征5B成功发射

一、载人龙飞船VS国产新一代载人飞船试验船:爬云与腾云

自阿波罗-联盟测试计划发射最后一艘阿波罗飞船以来,美国已有将近半个世纪没有可以堪用的载人飞船,期间以航天飞机为主力天地往返载具,但挑战者号与哥伦比亚号的接连失事重创了航天飞机运作信心,加上昂贵的运营费用因素,不得不于年彻底退出现役。

航天飞机退役而手中又没有堪用的载人飞船,NASA从此开始了载人航天业务仰仗俄罗斯联盟飞船的糟心日子。

航天飞机

为了尽早恢复载人天地往返能力NASA在航天飞机退役后的第三年正式推出商业载人航天开发合同,接连授予波音公司与SpaceX公司载人飞船研发意向订单,金额分别为42亿美元与26亿美元。载人龙飞船应运而生,其功能定位是承担国际空间站载人天地往返业务,飞船运行轨道高度在距离地球约公里左右的近地轨道。

载人龙飞船与国际空间站对接

我国新一代载人飞船诞生背景与SpaceX公司载人龙飞船完全不同,因为我们不存在恢复载人航天能力问题。

在NASA丧失天地往返能力的这九年我们陆续发射了神舟八号、九号、十号、十一号共四艘神舟飞船,以及天宫一号、二号两座空间实验室,还有一艘天舟货运飞船,连续攻克航天器空间交会对接、航天员中期驻留、在轨燃料补加等空间站建设核心技术。

神舟十一号载人飞船

随着五月初长征5号B型遥一运载火箭成功首飞,单独由我国承建的天宫空间站也正式拉开了在轨建造大幕,而国产新一代载人飞船从一开始就没有把空间站业务放在第一位,首次亮相就是21.6吨的深空大飞船,其首要核心任务就是服务“载人登月任务”,同时兼顾执行载人小行星、载人火星等深空载人任务。

国产新飞船目标直指“载人登月”

如果说载人龙飞船公里级轨道高度是“爬云”,那么能承担38万公里级乃至数亿公里级深空任务的国产新飞船就是“腾云”。

返回舱可承受热流烧蚀水平是二者能力差异的关键,载人龙飞船只能抵御摄氏度热流,而国产新飞船可以抵御摄氏度以上的热流。可承受烧蚀能力越强,与之对应可承受的再入返回速度就越大。

国产新飞船可抵御第二宇宙速度再入烧蚀

二、太平洋两岸新飞船性能对比,于细节处见真章

载人龙飞船从外观看有许多科幻元素,这主要缘于无整流罩发射模式。由于没有整流罩导流,飞船返回舱外形就需要适应火箭升空气动环境,所以线条看起来更流畅美观。

黑色一面就是龙飞船共形电池阵

因为取消整流罩导致飞船服务舱太阳电池翼不得不采用共形设计,进而导致飞船供电效率下降,自持飞行能力也受到限制。

反观我国新飞船太阳能电池翼采用的是光电转化效率全球最高达34%的高效三结砷化镓刚性太阳电池阵,发供电能力为世界各类载人飞船之首。

基于载人航天高可靠要求,国产新飞船同时配备了主副两套电源系统,各自都能单独完成任务,主电源系统配置有3套电池组,任意一套出现故障另外两套也能独立完成任务,等于是三重保险。

新飞船电池翼光电转换效率全球最高

国产新飞船不论是发电能力,还是供电保障都做到了极致,对比载人龙飞船孰优孰劣一目了然。

超级天龙座推式逃逸发动机是载人龙飞船引以为傲的特色功能,它摒弃了传统逃逸塔+推式逃逸发动机模式,改由推式逃逸统一船箭分离前各高度层逃逸需求,如此一来就进一步挤占了有限的返回舱空间,由于超级天龙座发动机使用的是四氧化二氮与偏二甲肼类有毒燃料,乘员安全风险也更大。

龙飞船推式逃逸发动机

我国新飞船返回舱也有一套引以为傲的动力系统,这套动力系统是世界最大推力可重复使用单组元HAN基无毒燃料发动机,进一步降低了乘员安全风险,什么叫“载人航天,人命关天”,什么是“以人为本”,HAN基无毒燃料单组元发动机的应用就是生动案例,该型发动机主要承担飞船姿态控制工作。

世界最大推力单组元HAN基发动机

国产新飞船还创造了一个世界纪录,就是它刷新了21世纪人类载人级飞船高度纪录,在由长征5号B火箭送入近地轨道后,飞船在导航系统控制下全自动实施了7次变轨,最终飞抵距离地球约公里的高轨轨道。

旨在验证返回舱碳基微烧蚀材料抵御第二宇宙速度热流烧蚀能力,事实证明这套减重超30%以上的新型烧蚀材料不负众望,使我国在这一领域超越了美国。

在公里高轨轨道运行的国产新飞船

载人龙飞船使用的是4枚减速主伞,而我国新飞船返回舱在有着更大再入尺寸、再入速度情况下只使用3枚减速主伞,因为我国减速伞轻量化设计早在六年前就达到了世界领先水平,减速伞与返回器重量比在嫦娥五号T1任务时就做到了2.4%,同一时期美国只能做到4.4%,更低的比值意味着减速伞可以制作得更轻质。

我国减速伞设计与制造水平世界领先

载人龙飞船的内饰也是尽显科幻,主要体现在内饰板材一改以往联盟、神舟飞船的杂乱局面,同时基于液晶显示屏的操控系统更具现代感。

而这对于唯一拥有所有工业门类的我们来说当然不是问题,国产新飞船就应用了航天科技一院所研制的“异形碳纤维夹层内饰板”,该材料具有重量轻、强度高、烧不着、散热快、无毒无味、抗菌防霉等一系列性能优势。

0.5毫米厚的板材里有8层碳纤维材料,而且异常坚固,三五个成年人同时踩踏都不会有问题,基于特制的阻燃树脂材料,遇到火焰很快会熄灭,且难以蔓延穿透,有网友得知这种材料应用在新飞船上后感叹,真希望这种高端材料能尽快投放商用市场。

异形碳纤维夹层内饰板

至于载人龙飞船的液晶显示系统对于掌握第五代战斗机技术的我们而言更不是难题,国产新飞船首飞有一项重要实验就是验证时间触发以太网星载原型系统,该系统相当于一个高速局域网,速率达到了千兆网水平,它可以将飞船里各类子系统通过高速局域网连接起来,航天员只需在一个平板电脑上就能实现对飞船的整体操控。

经过上述多个单项性能比拼想必大家对于“奋进号载人龙飞船发射是否进一步拉开太平洋两岸差距”的问题可以有更清晰明确的答案。

国产新飞船热真空测试

三、美国载人航天为什么失去长达九年时间?军工复合体占尽便宜

美国丧失载人航天能力缘于九年前航天飞机的退役,我们先来看看航天飞机计划总共花了多少钱,以当前汇率计算总共耗资亿美元,这笔钱可以干什么?造25艘10万吨级核动力航空母舰都绰绰有余,为什么NASA要掏这么多钱供养航天飞机?

因为拿下航天飞机生产制造、发射与维护订单的是军工复合体,他们是洛克希德马丁、波音、联合发射同盟,分别负责航天飞机轨道器、航天飞机外贮箱、固体助推器,这数千亿美元资金最终都进了他们的腰包。

停放在博物馆里的航天飞机轨道器

NASA真的是因为技术原因离不开航天飞机吗?显然不是,货运功能完全可以由大力神系列火箭代劳,NASA大可以在掌握航天飞机技术基础上尽早开始新一代载人天地往返载具研发,然而军工复合体不答应,因为航天飞机实在是不可多得的捞金利器,甚至为此付出14名宇航员的生命也在所不惜。

挑战者号航天飞机

当航天飞机时代进入尾声,NASA也的确未雨绸缪地展开了猎户座载人飞船研制工作,然而由于他们发展模式的僵化导致航天战略极度缺乏可持续性,在重返月球计划的上马、下马循环往复中猎户座飞船也从21世纪初期延宕至今,甚至完全版构型首飞竟然落后于后来的我国新一代载人飞船,在这一过程中军工复合体同样“功不可没”。

猎户座飞船时至今日没能实现完整版首飞

首次载人飞行的龙飞船有很多光环,然而有着一手好牌的美国航天原本可以取得比载人龙优秀10倍的成绩,但由于发展模式缺陷导致他们根本无法解放生产力。

有些人每当看到我国航天领域取得非凡成就时一定会说,虽然你强起来了,然而人家也不会原地踏步!

的确,他们不会原地踏步,但发展模式缺陷会严重迟滞他们的前进速度。

事实胜于雄辩

半个世纪前重达45吨的阿波罗11号飞船载人登月之际,我国公斤重东方红一号卫星还没上天,在如此羸弱基础上而今我们却能同步展开天宫空间站、载人月球工程、火星探测工程,并在诸多领域与大洋彼岸全面PK。

还没有完成复兴大业的我们已经能够到达如此高度,那么当年到来之际我们又当创造怎样的奇迹?而这奇迹背后是华夏文明历经上下五千年发展的积淀,放眼全球仅此一家。



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