【可持续性载人月球探测方案·一】关于使用电推完成登月 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/27 21:10:55


长5E的GTO载荷达到了14吨,折算LTO9吨到10吨之间,完全可以满足神舟执行绕月任务所需的运载能力。
阿波罗飞船近30吨的重量绝大多数都是燃料重量,以满足总重量近50吨的飞船登陆舱结合体的近月制动。
执行单纯绕月任务,以神舟近地轨道状态8吨的发射重量,完成近月制动可以借鉴联盟绕月版本,加装减速模块。脱离环月轨道,神舟自主动力就可以完成。
这个方案未来还可以进行扩展。
使用电推将登月舱送入环月轨道,就可以以极低的成本完成登月。
大功率电推,例如美国VASIMR 200KW电推研发工作基本结束,理论上可以将阿波罗的登月舱在三个月内从LEO送入LTO轨道。如果功率较低,也可以花费更长的时间完成登月舱的地月转移任务。
或者采用多机并联来解决问题。

执行登月任务时,可以由长征5B将电推模块与登陆舱送入LEO轨道,待其进入LTO轨道时,准备环月飞船的发射。
登陆舱自主近月制动,进入环月轨道。长征5E发射环月飞船,月轨对接,登陆,返回。
2×长5B+1×长5E=一次小规模登月。比龙老长征5D的方案成本还要低,唯一的技术挑战只有大功率电推。
同时这也是极为可行的建设月面基地方案。

长5E的GTO载荷达到了14吨,折算LTO9吨到10吨之间,完全可以满足神舟执行绕月任务所需的运载能力。
阿波罗飞船近30吨的重量绝大多数都是燃料重量,以满足总重量近50吨的飞船登陆舱结合体的近月制动。
执行单纯绕月任务,以神舟近地轨道状态8吨的发射重量,完成近月制动可以借鉴联盟绕月版本,加装减速模块。脱离环月轨道,神舟自主动力就可以完成。
这个方案未来还可以进行扩展。
使用电推将登月舱送入环月轨道,就可以以极低的成本完成登月。
大功率电推,例如美国VASIMR 200KW电推研发工作基本结束,理论上可以将阿波罗的登月舱在三个月内从LEO送入LTO轨道。如果功率较低,也可以花费更长的时间完成登月舱的地月转移任务。
或者采用多机并联来解决问题。

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2013-12-10 18:18 上传


执行登月任务时,可以由长征5B将电推模块与登陆舱送入LEO轨道,待其进入LTO轨道时,准备环月飞船的发射。
登陆舱自主近月制动,进入环月轨道。长征5E发射环月飞船,月轨对接,登陆,返回。
2×长5B+1×长5E=一次小规模登月。比龙老长征5D的方案成本还要低,唯一的技术挑战只有大功率电推。
同时这也是极为可行的建设月面基地方案。


对于电推的功率问题,完全没有必要一步到位达到200千瓦等级。
以较低功率也可以完成登月任务。登月舱的地月转移实际上对时间不敏感,由于载人任务与货运任务彻底分离,登月舱到达环月轨道的时间理论上可以不予考虑。
介于元器件寿命和燃料蒸发,最好控制在两年之内。
另外电推模块完全可以重复使用,以尽可能降低成本。在电推模块返回近地轨道后,燃料补充甚至可以由长7+天舟完成。成本更低。
配合可重复使用登月舱,完全可以支撑起一个廉价的地月往返系统。也许任务时间较长,但是极其低廉的价格完全可以抵消其在速度上的劣势。

对于电推的功率问题,完全没有必要一步到位达到200千瓦等级。
以较低功率也可以完成登月任务。登月舱的地月转移实际上对时间不敏感,由于载人任务与货运任务彻底分离,登月舱到达环月轨道的时间理论上可以不予考虑。
介于元器件寿命和燃料蒸发,最好控制在两年之内。
另外电推模块完全可以重复使用,以尽可能降低成本。在电推模块返回近地轨道后,燃料补充甚至可以由长7+天舟完成。成本更低。
配合可重复使用登月舱,完全可以支撑起一个廉价的地月往返系统。也许任务时间较长,但是极其低廉的价格完全可以抵消其在速度上的劣势。
话说,如果有了长9,直接发个月球实验室到Leo,如果用电推,到达月球轨道的重量能不能有100吨啊。那就算50吨的实验室能落在月球上,也相当可观了
可以两次发射,先把登月舱打上去,然后载人飞船上去对接,不过时间成本就比较高了
关于电推在月球探测器上的应用。
2003年9月27日,欧空局发射了用于探索月球的智慧-1(Small Missions for Advanced Research in Technology)月球探测器,该探测器器采用霍尔推进器PPS-1350-G作为主推进。该推进器为合作产品,由Snecma制造,原定于用作地球同步卫星的南北位置保持任务。通过功率可调和两轴定位的改进,该推力器也可用于智慧-1任务。  
智慧-1月球探测器于2005年2月27日到达最终的环月轨道,轨道周期为5小时。2006年9月3日,智慧-1月球探测器对月球表面进行了撞击,完成其最终使命。
PPS-1350-G推力器功率649W~1417W,比冲最大为1640s,携带推进剂氙质量为82.5kg,推进剂质量流量为4.5mg/s,推力为70mN,智慧-1是欧洲第一个飞往月球并绕其飞行的航天器。
可以两次发射,先把登月舱打上去,然后载人飞船上去对接,不过时间成本就比较高了
二到三次发射,看电推功率。
较小功率电推太阳能电池帆板面积也较小,可以与登陆舱一同发射。地月转移过程可能长发两年。当登月舱到达环月轨道后,长5E发射环月飞船。月轨对接,登陆,飞船自主动力返回。
如果电推功率较大,可以将电推模块单独发射,与登月舱在近地轨道对接后奔月。地月转移时间可能为几个月,电推模具可以考虑重复使用。登陆舱到达环月后,长征5E发射环月飞船。
话说,如果有了长9,直接发个月球实验室到Leo,如果用电推,到达月球轨道的重量能不能有100吨啊。那就算50 ...
使用电推轨道拖车,长5也可以建设月面基地。
可重复使用的登月舱加电推拖车,50吨的落月载荷也只需要长5B两次发射。成本远小于长9发射成本。
另外大功率电推也可以与空间堆结合。
我国于20世纪70年代开始空间堆的研究工作,后一度中止。"九五"期间,空间堆研究被列入总装备部预先研究项目,由原子能院和空间技术研究院共同承担,完成了空间堆概念设计。"十五"起,开始了空间堆初步设计和关键技术公关,在设计技术、制造技术、试验技术以及安全研究等方面均取得一定突破。目前项目处于从技术设计到施工设计的过度阶段,正进行设备和部件的研制和单项试验。计划2015年完成地面试验,2020年定型,2025年发射"百千瓦级核反应堆试验星",进行在轨演示验证,掌握超大功率空间核反应堆电源技术。
使用电推轨道拖车,长5也可以建设月面基地。
可重复使用的登月舱加电推拖车,50吨的落月载荷也只需要长5 ...
50吨要发两次,虽然成本低了,但一个大的屋子总比两个小的拼一起好啊。重量一样,但一个50吨的内部空间肯定可以做到大于两个25吨的
另外大功率电推也可以与空间堆结合。
我国于20世纪70年代开始空间堆的研究工作,后一度中止。"九五"期间 ...
如果2025年能够发射,那真是我国对人类科技的一个重大贡献了。就算载人登火都不难实现。
问题是,这个反应堆用长五能发射么?感觉小不了的样子。就算打几个长五上去组装都不是很现实的感觉。
50吨要发两次,虽然成本低了,但一个大的屋子总比两个小的拼一起好啊。重量一样,但一个50吨的内部空间肯 ...
目前来看,月面基地的构想都是类似折叠板房或者充气结构,或者就是可扩展的舱室。成型的舱室体积太大,重量也明显超过了登陆舱能满足的范围……
chenxiao86 发表于 2013-12-8 23:14
话说,如果有了长9,直接发个月球实验室到Leo,如果用电推,到达月球轨道的重量能不能有100吨啊。那就算50 ...
月球实验室还不如太空实验室。对材料和生物来说,纯失重更吸引人。
而且太空实验室很容易赚钱。
chenxiao86 发表于 2013-12-9 08:06
50吨要发两次,虽然成本低了,但一个大的屋子总比两个小的拼一起好啊。重量一样,但一个50吨的内部空间肯 ...
你少说了一个非常重要的指标,舱段的直径。
大直径舱段只有大火箭能打。
你少说了一个非常重要的指标,舱段的直径。
大直径舱段只有大火箭能打。
随着充气舱段技术的发展,未来20吨级运载火箭也可以发射10米级舱段。
而且月面基地不应该依赖于成型的舱段,在月壤中挖掘出足够的空间,充气结构气密;或者折叠结构的六边形折叠舱室承重,充气结构气密。都是非常简单的技术,相同重量和体积,空间远远超过你的大直径舱室。
楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 08:50
随着充气舱段技术的发展,未来20吨级运载火箭也可以发射10米级舱段。
而且月面基地不应该依赖于成型的舱 ...
其实我真正想说的是打10米直径的材料反应炉啥的
太空中生产超级合金 超级晶体啥的。那是天下无敌啊。
顺便提两个问题,
一,为啥空间站不用电推做轨道维持?是电推寿命不够么?
二,诸如土星5第三级为啥不用膨胀循环发动机?虽然推力小,但是比冲高啊。而且都进入轨道了,推力小一些没事啊?
其实我真正想说的是打10米直径的材料反应炉啥的
太空中生产超级合金 超级晶体啥的。那是天下无敌啊。
这个……可以分割发射后在太空焊接。看最近ISS上勤务机器人的测试,这种任务以后不算什么大问题。把总装车间搬到空间站上也只能算太空工业化的第一步。
第二步是工业母鸡,
第三步金属冶炼车间和铸造车间。
第三步要配合小行星捕捉计划,需要大功率电推投入使用。按美国进展是20年左右,按天朝也就2040年。不算太远。

xtal 发表于 2013-12-9 09:17
顺便提两个问题,
一,为啥空间站不用电推做轨道维持?是电推寿命不够么?
二,诸如土星5第三级为啥不用 ...


第一个,功率不够。天宫就有装1千瓦级电推的计划,国际空间站也有在17年左右装200千瓦级电推的计划。
第二个,当时电推不成熟。而且电推加速性太差,毕竟从第一宇宙速度到第二宇宙也有2公里多的速度增量。按几牛的推力,50吨的飞船和登月舱,一天也就几米的速度增量……等的及吗?
xtal 发表于 2013-12-9 09:17
顺便提两个问题,
一,为啥空间站不用电推做轨道维持?是电推寿命不够么?
二,诸如土星5第三级为啥不用 ...


第一个,功率不够。天宫就有装1千瓦级电推的计划,国际空间站也有在17年左右装200千瓦级电推的计划。
第二个,当时电推不成熟。而且电推加速性太差,毕竟从第一宇宙速度到第二宇宙也有2公里多的速度增量。按几牛的推力,50吨的飞船和登月舱,一天也就几米的速度增量……等的及吗?
楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 09:20
这个……可以分割发射后在太空焊接。看最近ISS上勤务机器人的测试,这种任务以后不算什么大问题。把总装 ...
分割?那就需要重新研发反应炉了,不过不失为一个方法。
说到小行星捕捉,我倒是记起以前看到的一个画面了。一个大号铁质陨石被直接掏空了做空间站。嗯,铁质陨石的材料强度极高,密封做好点做空间站真的很爽。
楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 09:23
第一个,功率不够。天宫就有装1千瓦级电推的计划,国际空间站也有在17年左右装200千瓦级电推的计划。
第 ...
第二个我问的是膨胀循环发动机,不是电推。。。
第二个我问的是膨胀循环发动机,不是电推。。。
膨胀循环推力不容易做大。即使现在,膨胀循环推力也没过50吨……当时也有60吨膨胀循环发动机的研发计划,不过进度远远低于J2。而且膨胀循环氢氧机和燃气发生器循环氢氧机比冲只有20多秒差距,损失推力很不值得。毕竟发动机有工作时间限制。而且阿波罗载人,多一分就多一分氧气消耗……
SLS的先进上面级倒是有7台RL10并联的版本。
这玩意适合深空吧。就电推的加速度,等把登月舱送到月球,宇航员基本已经饿死了吧。
这玩意适合深空吧。就电推的加速度,等把登月舱送到月球,宇航员基本已经饿死了吧。
电推只送登陆舱,人员在登月舱到达环月轨道后用长5E发射。
楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 10:31
电推只送登陆舱,人员在登月舱到达环月轨道后用长5E发射。
服务舱+指令舱用长5E发射?
服务舱+指令舱用长5E发射?
神舟适当加强动力就可以完成环月任务。
长5E的GTO14吨,折合LTO有近10吨。
阿波罗近30吨的重量是因为有23吨多的燃料,如此多的燃料是因为阿波罗要完成飞船加登月舱近50吨的结合体的近月制动。而神舟只有8吨,即使借鉴联盟环月飞船加装减速模块也就10吨,完成一公里多的速度增量进入环月轨道没有什么问题。
提供几个数据,你可以算一下。YF25最近把比冲提升到了320秒,神舟环月飞船算10吨,燃料算4吨,YF25推力490牛。
楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 10:31
电推只送登陆舱,人员在登月舱到达环月轨道后用长5E发射。
这倒是个好思路,大块头的无人仓慢慢跑,跑到进入轨道后再发有人仓和它汇合。说不定火星也可以这样登。
电推去月球的话,轨道应该还是走螺旋上升式的小偏心率轨道,最后阶段进入一个和月球轨道相似的轨道,这样才可以以相对较小的速度进入月球引力范围,继而有足够的时间用电推减速进入绕月状态。
不过说实话,其实可以电推和常规的化学推进组合使用,在对时间要求紧迫的地方(比如近月点减速)用化学推进,在时间宽松的地方(比如逐渐抬升轨道以及轨道微调)的时候可以用电推。虽然化学推进部分会增重继而给总的速度增量带来影响。。。
电推去月球的话,轨道应该还是走螺旋上升式的小偏心率轨道,最后阶段进入一个和月球轨道相似的轨道,这样才 ...
登月舱和飞船都是自主完成近月制动。

楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 10:51
神舟适当加强动力就可以完成环月任务。
长5E的GTO14吨,折合LTO有近10吨。
阿波罗近30吨的重量是因为有 ...


我又算了一下,长5E的确不够神舟完成环月任务。这样的话神舟只够完成近月制动……可以考虑简化神舟,像L1一样取消轨道舱。
或者干脆飞船也两次发射LEO一次对接,长征2F加神舟发射到近地轨道,然后一发长5B发射大型上面级加近月制动级到近地轨道,对接后奔月。
楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 10:51
神舟适当加强动力就可以完成环月任务。
长5E的GTO14吨,折合LTO有近10吨。
阿波罗近30吨的重量是因为有 ...


我又算了一下,长5E的确不够神舟完成环月任务。这样的话神舟只够完成近月制动……可以考虑简化神舟,像L1一样取消轨道舱。
或者干脆飞船也两次发射LEO一次对接,长征2F加神舟发射到近地轨道,然后一发长5B发射大型上面级加近月制动级到近地轨道,对接后奔月。
楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 11:27
登月舱和飞船都是自主完成近月制动。
你答非所问了。。。
你答非所问了。。。
近月制动不就是近月点减速吗-_-|||
楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 14:00
近月制动不就是近月点减速吗-_-|||
说是这么说,但别忘了电推的推重比。。。我说的就是不能用常规的什么霍曼转移轨道,可能需要搞个类似同心圆轨道的方式来接近。

HoneyFox 发表于 2013-12-9 14:03
说是这么说,但别忘了电推的推重比。。。我说的就是不能用常规的什么霍曼转移轨道,可能需要搞个类似同心 ...

加速过程中轨道类似螺旋形,轨道远地点接近L1点后,后半部分整个轨道非常接近霍曼转移轨道。
而且你这种轨道到达月球轨道面后,还是需要近月制动……这时已经没有必要使用电推了吧?电推与登月舱分离后返回地球轨道重复使用更有价值。
HoneyFox 发表于 2013-12-9 14:03
说是这么说,但别忘了电推的推重比。。。我说的就是不能用常规的什么霍曼转移轨道,可能需要搞个类似同心 ...

加速过程中轨道类似螺旋形,轨道远地点接近L1点后,后半部分整个轨道非常接近霍曼转移轨道。
而且你这种轨道到达月球轨道面后,还是需要近月制动……这时已经没有必要使用电推了吧?电推与登月舱分离后返回地球轨道重复使用更有价值。
楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 14:38
加速过程中轨道类似螺旋形,轨道远地点接近L1点后,后半部分整个轨道非常接近霍曼转移轨道。智慧一号的轨 ...
那和直接从LEO走TLO的霍曼转移轨道相差还是很大的。我本意如此。
那和直接从LEO走TLO的霍曼转移轨道相差还是很大的。我本意如此。
但是没有必要以第一宇宙速度达到38万公里的环地轨道吧?那轨道对测控要求和轨道控制能力也太高了吧?

楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 14:46
但是没有必要以第一宇宙速度达到38万公里的环地轨道吧?那轨道对测控要求和轨道控制能力也太高了吧?


电推的加速度好像一天也就是个位数m/s的dV的级别吧?掠月一次的时间恐怕最多也就几十个小时?
老实说我想不出其他的方法可以以相对较慢的速度接近月球。
楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 14:46
但是没有必要以第一宇宙速度达到38万公里的环地轨道吧?那轨道对测控要求和轨道控制能力也太高了吧?


电推的加速度好像一天也就是个位数m/s的dV的级别吧?掠月一次的时间恐怕最多也就几十个小时?
老实说我想不出其他的方法可以以相对较慢的速度接近月球。
HoneyFox 发表于 2013-12-9 15:59
电推的加速度好像一天也就是个位数m/s的dV的级别吧?掠月一次的时间恐怕最多也就几十个小时?
老实说 ...
没必要电推近月制动吧?化学能火箭就可以完成。本来也不大,1公里多的速度增量要求……
楠宫萧vn 发表于 2013-12-9 16:31
没必要电推近月制动吧?化学能火箭就可以完成。本来也不大,1公里多的速度增量要求……
所以我说到多种推进方式都带着,按需使用呗。。。
你们说的电推依靠什么提供能源?
tmd168 发表于 2013-12-9 17:20
你们说的电推依靠什么提供能源?
太阳能电池帆板,50千瓦大概需要150块东4平台的太阳能帆板,或者就是大功率空间堆。