搜索
再谈中国载人登月工程的一些设想第一章，采用月球轨道对接方案回族余地很大火箭第三级与载人飞船的推进舱是必须要分开设计的.原因无它,就是因为火箭的第三级要使用低温推进剂,而飞船推进舱可是使用常温推进剂.低温上面级尽管难以长时间停泊使用,但由于比冲高,效率高,已经是人类目前所能够利用的最好上面级火箭了;如长三乙火箭,如果使用常温推进剂,GTO运载能力将要从目前的5吨左右下降到3吨以下,由此可见低温上面级有多么的重要了.早期美苏两国为了解决上面级火箭问题甚至考虑研制核子上面级火箭.今天的中国之所以能够被称之为人类空间五巨头,除了中国实现载人航天之外,另一个最重要的原因就是中国早在二十世纪八十年代就已经成功地攻克了低温上面级发动机技术.低温推进剂除了难长久保存这一大缺憾之外,低温发动机空间的多次点火技术也是一大难题,这也是其无法用于宇宙飞船的一大瓶颈,常规推进剂,如肼类燃料可是可以自燃的.这对于飞船需要的频繁变轨与轨道维持修正实在太重要了设计中国的载人登月工程时,只是将月球看成是地球更远轨道上空的一个特大号无人空间站;而国际空间站则是低地球轨道上要小得多的空间站.因此为了建立长久的'持续的与可靠的地月人员运输往返体系,我就坚决主将中国要建造一款月球版的联盟式地月往返运输体系.这也就是我为何力主中国要将载人环月工程与载人月面登陆工程拆分开来分步实施的最重要核心根源.就如当年中国在实施921载人航天工程那样,先研制神舟载人飞船,解决人员的天地往返运输体系的有无再说;之后再研制空间站.而月球本身就是一个特大号的空间站,只是缺少合适人类居住生活的舱段而已.因此无论未来情况如何变化,我力主要将中国的载人登月工程拆分为载人环月与载人月面登陆这两个有机组成部分的设想是不会再更改的了.而我所力主的中国必须研制一款有能力独立完成载人环月飞行任务的扩大版神舟飞船的规划设想也同样不会再次改变.至于如何实现不同月面轨道飞船之间的靠近与对接难题,我认为这是实现人类长久的月球载人飞行所必须要解决的基础性问题.这一问题一日不解决,一旦日后载人飞船在月球轨道上发生故障,要实施救援就根本不可能.而登陆舱在月面上发生故障就更难实施救援了.因此为了中国长远的空间利益,我更不希望中国有意回避月球轨道对接难题,毕竟月球轨道对接程序将注定是人类未来月球载人飞行的不可回避平常环节,二十年不能解决一百年后也得解决,无论是什么绕也绕不过去的.至于美国将星座飞船预先发射到国际空间站上停泊,等待金牛座登月舱发射后再一同奔月,理论上可行,但实际操作上却问题重重.最重要的原因就是一旦要求对已经进入月球轨道却发生故障不能返回地球(或月球表面的登月舱发生故障不能返回月球轨道)的载人飞船实施紧急救援,美国还是面临必须同时组织发射两艘飞船的重大难题.而且星座飞船前往国际空间站并与之对接的过程还要使用不少燃料,之后再脱离国际空间站在地球轨道上空与金牛座登月舱对接也要使用不少燃料,而到达月球进入月球轨道\月球轨道维持的过程也要用到不少燃料最后脱离月球轨道,再被地球引力场捕获,再入地球大气层的过程还是要用到不少燃料.如此,星座飞船今天版本的推进燃料是否够用将是一个重大问题.如果要重新设计星座飞船的推进舱,何不直接改用阿瑞斯五型火箭直接将星座飞船发射到月球轨道来得更方便与回旋余地空间更大?!第二章，采用月球对接方案研制出的中间运力火箭可以用于空间站工程中国的空间站工程要和中国未来的载人登月工程相配套.最好的办法就是如美国当年的天空实验室空间站那样,利用阿波罗登月飞船的舱段平台来改进建设之.而今天中国的空间站工程实施在前,载人登月工程实施在后,那么就反过来,未来中国的载人登月飞船的推进舱\轨道舱就应基于中国空间站的推进舱与轨道舱来改进建设.目的就是要力求实现中国空间站工程与载人登月飞船核心舱段的共用平台化\共线生产化与及发射火箭平台的通用化.纵观人类历史,美国当年基于阿波罗登月飞船与土星五号火箭平台所开发的天空实验室空间站才是最有发展前途与功能扩展性\系统可维护性的空间站模式.衍架式国际空间站的建设需要过多的空间发射次数与太空组装过程.而美国当年所发展的积木式天空实验室空间站建设所需要的空间发射次数却要少得多.积木式空间站只要具备推进舱与轨道舱\对接段这三个核心基本部分就可以开门接客了.对于中国这种实力的国家而言无疑是最具吸引力的选择.更重要的因素还在于美国天空实验式积木空间站只要运载火箭平台足够强大,空间站舱段平台可以做得无限大,如果中国未来起飞推力达1440吨以上的改进型长征五号火箭研制成功,理论上可以一次性将重达35吨左右的轨道舱或者推进舱(要比今天国际空间站的轨道舱\推进舱重得多)一次性送上太空.因此只要发射三\四次并对接之,就可以在低地球轨道组建出一个一百多吨级的空间站来,但花费却要比今天的国际空间站要小得多,研制的难度也要小得多.而且一旦舱段平台老化,还可以每隔七八年重新发射新舱段组建新空间站来替代之.如推进舱\轨道舱之类核心舱段平台完全可以实现工厂化流水线式生产建造.而今天的国际空间站由于采用衍架模式,空间站龙骨结构过于特化与复杂化,与下一代空间站的舱段平台与龙骨结构的系统继承性将不好说.老实说,卫星式积木空间站将前途无限,原因无它,就是因为卫星式积木空间站拥有结构简单\组建迅速\继承性好与升级改进余地空间广阔的巨大优势.而且正是因为拥有这种种优势.未来人类只要有需要,可以迅速在月球轨道\火星轨道\金星轨道乃至木卫二轨道上克隆一个与地球轨道上运行的卫星式积木空间站完全相同的空间站来,但要在月球轨道\火星轨道上克隆衍架式空间站,将会难比登天.如果未来中国研制出起飞推力达2400吨以上的重型版长征五号火箭,低地球轨道运载能力将达70吨左右,火箭整流罩直径将达8米.发射一个太阳能帆板展开达100米,重达60吨以上的重型空间站轨道舱将不什么难事.至于维修哈勃望远镜与回收卫星之类任务,以航天飞机每次发射费用高达8亿美元计算,不如每隔七八年发射一个全新的来得更合算.如今天美国的钱德拉X射线空间天文台\斯皮策红外天文台与及NASA新研制中的詹姆斯.韦伯空间光学天文台就已经不打算进行轨道维修升级了,使用寿命到期就研制一个全新的采代之.其实如果国际空间站也是积木式的,每一个舱段重达40至70吨,如当年美国用土星五火箭所发射的天空实验室空间站,一个空间站仅仅由三到六个舱段所组成.每隔十几年就发射全新的舱段再组装一个新空间站,老的就抛弃,估计更方便省钱.甚至在月球轨道或者格拉朗日点组装维持一个和平号级别的空间站也是易如反撑.目前的国际空间站之所以搞得如此复杂与昂贵,完全是为了迁就适应航天飞机(LEO能力只有30吨)与质子火箭(LEO只有22吨)的运力与货舱直径所至.如果在二十世纪九十年代,人类还拥有现成的土星五号火箭或者阿瑞斯五型火箭可以凭持,估计国际空间站就将是另一个样子了.地球轨道对接还有一个担心,那就是长征五号火箭的低温上面级在地球轨道停泊等待的时间很短,如果载人飞船不能按时发射,地球脱离级(低温上面级)所用的液氧\液氢推进剂很快就会挥发掉.但如果采用月球轨道对接,由于神舟扩大版飞船与月面登陆飞船所用的燃料都是常温挤进剂(肼类推进剂),在月球轨道停泊等待的时间周期将要长得多.甚至可以提前几个月将月面登陆飞船(无人)预先发射到月球轨道,之后再择机发射扩大版神舟载人飞船到月球轨道上与之会合后进行月面登陆,回旋余地很大,也不必在海南发射场同时建立两个长征五号火箭的发射台.老实说美国现在的阿瑞斯一型火箭就是一块鸡肋,如果先用阿瑞斯一火箭将星座载人飞船发射上地球轨道,那么用阿瑞斯五火箭发射的货运飞船就必须在未来十几天内发射升空,否则星座飞船上的宇航员生命保障系统就用去很多了,到时还能不能按计划完成月球任务飞行都是一个问题.但火箭延期发射的情况又实在太普遍了,如果阿瑞斯五火箭因为故障不能按时升空,那么已经发射的星座飞船又无能力飞到月球轨道,那么此一次发射就白白浪费了.与之相反,如果阿瑞斯五火箭先期发射,由于其地球脱离级所用的低温燃料挥发很快,如果用阿瑞斯一号火箭发射的星座载人飞船无法在接着下来的几天时间内发射升空,一旦地球脱离级的低温燃料挥发掉一部分,不足以完成脱离地球轨道的任务,那么这一次发射也将同样白费了.因此美国佬迟早会发现他们还得利用阿瑞斯五火箭搞一款有能力将星座飞船(研制缩小版的星座飞船也可以,研制更大型的固体燃料上面级也可以)直接发射进入环月轨道的版本,那么今天他们研制的阿瑞斯一型火箭就实在是多此一举了.因此利用地球轨道对接方案实施载人登月工程不是不行,而是时间任务流程必须不能发生大的偏差,任务弹性极其有限,回旋余地实在太小.这也是我极力主张中国要采用月球轨道对接的方案来执行中国的载人登月工程的核心根源.事实上如果扩大版的神舟飞船(星座重25吨以上)总重量为12吨至15吨,利用长征五号火箭的1440吨至2400吨推力版是完全可以将其发射进环月轨道的,而月面登陆飞船与推进系统联合体重也还过25吨左右,利用2400吨推力版的长征五号火箭也是可以发射进入环月轨道的.1440吨起飞推力吨的长征五号火箭的LTO运载能力已经达19吨左右,如果基于现在的神舟飞船(重8吨左右)开发扩大版的神舟环月飞船,返回舱加大防热盾,其它不进行大变动,依旧是三人体制,重量3吨左右;轨道舱扩大,以适应地月空间转移与月球轨道停泊的长时间飞行(一个来回15天)需要,扩大到6吨,以求为宇航员们尽可能创造舒适的空间飞行环境.现在最重要的关键节点就是推进舱的设计,SHH兄认为载人飞船进出地球逃逸轨道,月球逃逸轨道要求相当大的推进变轨速度,对飞船发动机推力有更高的要求,推力要达几十千牛左右,而嫦娥飞船的主发动机才590牛,现在神舟飞船的才2500牛.因此中国要研制神舟飞船的环月版,还得攻克大型飞船发动机瓶颈.同样,由于进出地球轨道\月球轨道还需要更多的推进燃料,估计神舟飞船的环月飞行版推进舱将重达10吨以上.因此,日后中国的整艘神舟环月飞船将重达18吨左右.在成功实施载人环月的基础上,开始研制中国的月面登陆飞船,由于月面登陆飞船不必再次从月球轨道上返回地球,而且也可以采用嫦娥飞船式轨道用更节省燃料的方式抵达月球轨道,因此可以直接套用神舟扩大版环月飞船的10吨级推进舱作为自己的推进舱而不必研制新的.而月面登陆舱美国阿波罗飞船的重达14吨,中国未来的登陆舱则应达18吨左右,目的就是让登月宇航员拥有更好的驶乘环境与为未来改进留下余地.因此整艘载人月面登陆飞船的总重量将达30吨左右.现在问题的关键是中国还没有LTO运载能力达30吨的重型火箭,1440吨起飞推力版的长征五号火箭根本无法发射得了这一月面登陆飞船,因此必须研制新火箭.而我的主张就是升级长征五号火箭目前的YF100液氧煤油发动机,将其推力从目前的120吨升级到200吨,用于研制起飞推力达2400吨的重型版长征五号火箭.第三章，采用月球轨道对接方案神舟飞船改进下就可持续使用于月球载人飞行。采用月球轨道对接方式,一次载人登月任务两次空间发射即可.而且无论是神舟飞船的扩大版还是2400吨起飞推力版的长征五号火箭都可以基于目前中国已经拥有或正在研制之中的飞船与火箭平台进行改进.因此所面临的技术与经济压力将大大减轻;至于月面登陆飞船的研制,由于嫦娥二期\三期将进行无人落月\无人采样返回的试验,估计从中可以得到不少的技术支持.将整个中国载人登陆工程拆分为两个任务段,即载人环月任务段与月面登陆任务段.第一,先基于现成的神舟飞船与长征五号火箭(目前正在研制中)研制18吨版的载人环月飞船与1440吨起飞推力版的长征五号火箭,用于执行中国的载人环月飞行,时间周期估计为2025年.工程投资总额为50亿美元,研制神舟飞船的环月版30亿美元(包括生产10艘飞船的投资),研制1440吨起飞推力版的长征五号火箭20亿美元(包括生产10枚火箭).为什么研制火箭的成本要比飞船的少,关键就在于中国研制生产1440吨推力的长征火箭已经不存在发动机难关,只要再利用现成的120吨煤油4台研制一个5米芯级即可;但研制神舟飞船的载人