【集思广益】低成本载人登月方案狂想……

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/27 13:27:21


近来风传载人登月立项无望,有人批评有关方面束手束脚,细细想来,确实无可厚非。
载人登月立项难度无非新系统比例大、投入高、产出低、短期内缺乏持续性,如果解决这些问题,载人登月还是有些希望的。
不过,即使是龙乐豪老爷子提出的长征5/长征5DY登月方案仍然不免显得过于复杂。


关于多次发射完成小规模登月的可行性问题曾经有一篇论文讨论过


对于各种登月方案的评测如下

可以说三次发射小规模登月方案短期内可行性最高。但是以目前情况来看,整体研发难度与资金要求仍然过高。
那么,我们需要的,是完全依靠现有或现有科研计划内的产品,一次登月任务发射次数在三次以内的方案。

近期争取载人登月工程立项,方案应该以成熟产品为主,特别是运载火箭与飞船。
本爪曾经梦呓过一篇帖子,关于使用电推完成登月任务的构想。现在看来,当时的构想确实相当幼稚。但是当时与网友头脑风暴后提出的以L1点为基础实施载人登月的简单设想实际上非常具有可行性。
实际上,已经有人评测过这种方案。

如图所示,从LEO轨道到EML1点晕轨道仅需要3770米的速度增量。甚至低于GEO轨道的速度增量,仅仅比GTO轨道的速度增量高1.2公里。
从EML1点到达月球表面,需要大约2.5公里的速度增量,仅仅比环月轨道着陆所需的速度增量高500米左右。
那么近期内,天朝手里可以拿出来的成熟系统又有那些呢?
我们来简单掰扯一下:
①神舟载人飞船
②天舟货运飞船
③天宫1/2目标飞行器
④长征5号
⑤远征上面级/先进上面级
⑥LIPS-400离子电推
实际上,这些成熟系统已经能够支撑起一个简单的EML1点深空探测平台了。
首先,长征5号的EML1点晕轨道载荷估算在9吨左右。
由L1点返回,再入速度会比近地轨道高大概2公里,如果采用多次再入,增强的防热结构应该300千克以内。由于返回不需要太高的速度增量,动力部分甚至不需要太大修改。发射重量可以控制在8.5吨左右。
天宫1在去掉一些不必要系统后,直接将气密舱段修改为节点舱(或者说在天宫空间站的节点舱基础上加天舟的服务模块,天舟原本就是模块化设计,这点修改没有太大问题)。
以天舟的技术开发一款燃料补加飞船,采用运载火箭储箱,轻量化的抱爪式对接系统等方案,将干质比提高到10左右,一次可补加7吨左右燃料,或者为15吨左右的航天器提供2公里左右速度增量。

长期探测任务可以由天舟去掉服务模块,使用全电推进系统,长征5发射进GTO轨道,然后电推负责最后的1公里多速度增量,加速时间控制在半年左右。一次可运输11吨左右燃料。




近来风传载人登月立项无望,有人批评有关方面束手束脚,细细想来,确实无可厚非。
载人登月立项难度无非新系统比例大、投入高、产出低、短期内缺乏持续性,如果解决这些问题,载人登月还是有些希望的。
不过,即使是龙乐豪老爷子提出的长征5/长征5DY登月方案仍然不免显得过于复杂。

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2014-5-22 21:50 上传


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关于多次发射完成小规模登月的可行性问题曾经有一篇论文讨论过

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2014-5-28 18:12 上传


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对于各种登月方案的评测如下

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2014-5-28 18:14 上传


可以说三次发射小规模登月方案短期内可行性最高。但是以目前情况来看,整体研发难度与资金要求仍然过高。
那么,我们需要的,是完全依靠现有或现有科研计划内的产品,一次登月任务发射次数在三次以内的方案。

近期争取载人登月工程立项,方案应该以成熟产品为主,特别是运载火箭与飞船。
本爪曾经梦呓过一篇帖子,关于使用电推完成登月任务的构想。现在看来,当时的构想确实相当幼稚。但是当时与网友头脑风暴后提出的以L1点为基础实施载人登月的简单设想实际上非常具有可行性。
实际上,已经有人评测过这种方案。

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2014-5-22 21:48 上传


如图所示,从LEO轨道到EML1点晕轨道仅需要3770米的速度增量。甚至低于GEO轨道的速度增量,仅仅比GTO轨道的速度增量高1.2公里。
从EML1点到达月球表面,需要大约2.5公里的速度增量,仅仅比环月轨道着陆所需的速度增量高500米左右。
那么近期内,天朝手里可以拿出来的成熟系统又有那些呢?
我们来简单掰扯一下:
①神舟载人飞船
②天舟货运飞船
③天宫1/2目标飞行器
④长征5号
⑤远征上面级/先进上面级
⑥LIPS-400离子电推
实际上,这些成熟系统已经能够支撑起一个简单的EML1点深空探测平台了。
首先,长征5号的EML1点晕轨道载荷估算在9吨左右。
由L1点返回,再入速度会比近地轨道高大概2公里,如果采用多次再入,增强的防热结构应该300千克以内。由于返回不需要太高的速度增量,动力部分甚至不需要太大修改。发射重量可以控制在8.5吨左右。
天宫1在去掉一些不必要系统后,直接将气密舱段修改为节点舱(或者说在天宫空间站的节点舱基础上加天舟的服务模块,天舟原本就是模块化设计,这点修改没有太大问题)。
以天舟的技术开发一款燃料补加飞船,采用运载火箭储箱,轻量化的抱爪式对接系统等方案,将干质比提高到10左右,一次可补加7吨左右燃料,或者为15吨左右的航天器提供2公里左右速度增量。

长期探测任务可以由天舟去掉服务模块,使用全电推进系统,长征5发射进GTO轨道,然后电推负责最后的1公里多速度增量,加速时间控制在半年左右。一次可运输11吨左右燃料。




太空电梯搞定,一切都不是问题。

太空电梯搞定,一切都不是问题。


一次性登月舱设计,为了尽可能降低系统复杂性,登月舱设计借鉴LK登月舱。登月舱质量控制在8吨内,由长征5号直接发射。

上面级采用增强动力的燃料补加飞船,登月舱自主负责3公里左右速度增量。
一次性登月舱方案也可以控制在3次发射(载人飞船、上面级、登月舱)。

对于可复用登月舱,曾经一度倾向于波音EML2深空探测平台的可复用登月舱。

(左一为牵牛星,右一为阿波罗登月舱)
国内恰好有类似推力的变推力发动机,嫦娥三号的结构重量控制水平也相当不错。5.5吨的结构重量也在长征5号的载荷范围内,但是16吨的燃料需求却明显过大。为了降低系统复杂性,可以考虑登月舱部分复用。


但是其设计却不乏可借鉴之处,例如特殊的气闸舱设计。
部分复用版登月舱复用部分依旧借鉴LK登月舱的设计。可复用登月舱仅负责悬停避障、软着陆、以及返回L1点所需的3公里左右速度增量。登月舱3乘员组,5天自持力,干重放宽到2.5吨。并联三台7000牛变推力发动机,比冲按300秒计算,单次任务需要5吨左右燃料。可由一艘燃料补给飞船补加。
执行长期化任务时,平均每两次登月需要5次发射。



一次性登月舱设计,为了尽可能降低系统复杂性,登月舱设计借鉴LK登月舱。登月舱质量控制在8吨内,由长征5号直接发射。

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2014-5-24 17:36 上传


上面级采用增强动力的燃料补加飞船,登月舱自主负责3公里左右速度增量。
一次性登月舱方案也可以控制在3次发射(载人飞船、上面级、登月舱)。

对于可复用登月舱,曾经一度倾向于波音EML2深空探测平台的可复用登月舱。

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2014-5-24 17:25 上传


(左一为牵牛星,右一为阿波罗登月舱)
国内恰好有类似推力的变推力发动机,嫦娥三号的结构重量控制水平也相当不错。5.5吨的结构重量也在长征5号的载荷范围内,但是16吨的燃料需求却明显过大。为了降低系统复杂性,可以考虑登月舱部分复用。

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2014-5-24 17:21 上传


波音 登月舱3.PNG (953.4 KB, 下载次数: 43)

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2014-5-24 17:27 上传


但是其设计却不乏可借鉴之处,例如特殊的气闸舱设计。
部分复用版登月舱复用部分依旧借鉴LK登月舱的设计。可复用登月舱仅负责悬停避障、软着陆、以及返回L1点所需的3公里左右速度增量。登月舱3乘员组,5天自持力,干重放宽到2.5吨。并联三台7000牛变推力发动机,比冲按300秒计算,单次任务需要5吨左右燃料。可由一艘燃料补给飞船补加。
执行长期化任务时,平均每两次登月需要5次发射。

登月无望!难道是真的?
前两天在畅谈版听人说登月被砍,立马大堆人愤怒起来,大骂XXXXX﹉
有意思,坐等续集
登月无望!难道是真的?
前两天在畅谈版听人说登月被砍,立马大堆人愤怒起来,大骂XXXXX﹉
还没立项,谈何砍。
低水平的登月还不如不登,我们又不着急,产业链和水平提升就是了,所以我觉得没必要想一些折中方案出来
楼主的意思是放一个天宫加燃料储存在L1,神舟到L1和登月模组对接和加注燃料?用电推运送燃料到L1平台满足后续任务?

如果我们有400kW的电推又愿意把比冲降到2000s左右可以有20-30牛的推力,这样10吨的载荷大概需要100多小时的加速达到1公里/秒的速度增量,这样想的话值不值得直接用电推完成LEO到月球轨道的往返呢?原来考虑的方案是不是嫌加速时间太长?

登月模组复用的话成本能低很多,不过风险也大,又是燃料加注又是发动机循环的~
楼主的意思是放一个天宫加燃料储存在L1,神舟到L1和登月模组对接和加注燃料?用电推运送燃料到L1平台满足后 ...
燃料加注不是问题,登月舱复用也没有太大挑战。
挤压循环的发动机寿命15年的都有。
另外L1点空间站是直接打上去的,只有货运飞船用电推从GTO轨道到L1点。大概需要1.2公里速度增量,甚至小于从GTO轨道到GEO轨道的速度增量。
甚至不需要降低比冲换推力。全电星完成最终入轨定点大概都需要半年左右,这个质量是其3倍的货运飞船以其四倍的电功率可以将时间压缩的更短。
将天舟改进为全电平台应该可以增大部分载荷,达到10吨到12吨。前面的6吨是全化学能天舟的载荷。
而且这个电推也不是必须的,甚至可以用长征5直接将天舟射入L1点晕轨道。不过这样经济性低一点。
以波音的可重复使用登月舱为模板,15吨燃料几乎相当于两艘天舟加随神舟发射的货运舱的全部载荷。三次发射一次登月经济性未必太高。
低水平的登月还不如不登,我们又不着急,产业链和水平提升就是了,所以我觉得没必要想一些折中方案出来
这个规模可不算低,阿波罗的人员规模,但是持续性不是阿波罗可以媲美的。
如果货运飞船直接使用天舟,就等于是纯粹成熟技术组合。
二到三次长征5发射一次登月,每次二到三人,仅仅为了政治意义也够了。
这里面的天宫1是做什么的?L1点深空轨道站?
楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 07:40
燃料加注不是问题,登月舱复用也没有太大挑战。
挤压循环的发动机寿命15年的都有。
另外L1点空间站是直 ...
时间应该不能和GEO星入轨直接类比,GTO到GEO那是椭圆轨道往36000米圆轨上变,每圈的回归周期不会大幅变长。从GTO到L1是一个越转越大的椭圆轨道,电推推力大小,每次增速有限,要飞n多圈,走这种转移轨道过程很漫长。
如果电推方案不能一次就把燃料运足,跑个3、4次的话,整个任务周期就太漫长了,筹备一次任务就得好几年。
这里面的天宫1是做什么的?L1点深空轨道站?
EML1空间站,主要就是负责货运飞船、载人飞船、登月舱的组装。
时间应该不能和GEO星入轨直接类比,GTO到GEO那是椭圆轨道往36000米圆轨上变,每圈的回归周期不会大幅变长 ...
电推是持续加速,轨道是一个螺旋形。
而且轨道周期越来越大也没什么关系啊,达到预定的速度增量后滑行到L1点最大也不过一个月,与加速时间比占的比例并不大。
当然直接采用天舟也有优势,零研发成本,而且天舟本身就可以提供部分速度增量,可以作为登月舱的上面级使用。
楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 08:59
电推是持续加速,轨道是一个螺旋形。
而且轨道周期越来越大也没什么关系啊,达到预定的速度增量后滑行到 ...
参考Smart-1的任务规划,所配电推比冲1640s、推力68mN。虽然比冲不高,但是探测器总重才367kg。发射初始进入GTO轨道,经过13个月才进入L1。
电推执行此类任务所需的时间,恐怕不能过于乐观。
参考Smart-1的任务规划,所配电推比冲1640s、推力68mN。虽然比冲不高,但是探测器总重才367kg。发射初始 ...
一年实际上也能承受,使用电推可以将货运飞船发射次数降低到一次,节省的成本非常可观。
货运飞船使用化学动力还是电推实际上要取决于登月的持续性。
如果是阿波罗那种持续5年左右的有限登月,化学能也不是不能承受。但是如果将EML1空间站作为前进基地,进行常态化月球科考,电推还是很必须的。
我了个擦,貌似还真有一定的可行性~
楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 09:54
一年实际上也能承受,使用电推可以将货运飞船发射次数降低到一次,节省的成本非常可观。
货运飞船使用化 ...
smart1质量367kg,电推力68mN。这个方案8+6吨,又得配多少台LIPS-400呢,还得考虑太阳能帆板。
smart1质量367kg,电推力68mN。这个方案8+6吨,又得配多少台LIPS-400呢,还得考虑太阳能帆板。
全电推进系统的质量就包括太阳能电池板的质量,可以直接使用天宫空间站实验舱的太阳能电池板。四块大概就能提供100千瓦电功率,足以支持10台LIPS400。

潜艇1号 发表于 2014-5-22 23:53
登月无望!难道是真的?
前两天在畅谈版听人说登月被砍,立马大堆人愤怒起来,大骂XXXXX﹉


现在的人敏感过了头

其实只是风传嫦娥四号的落月任务取消而已,作为三号的备份在三号落月成功后,主要任务就调整为验证从月球返回,而不是落月

就变成登月项目被砍了
潜艇1号 发表于 2014-5-22 23:53
登月无望!难道是真的?
前两天在畅谈版听人说登月被砍,立马大堆人愤怒起来,大骂XXXXX﹉


现在的人敏感过了头

其实只是风传嫦娥四号的落月任务取消而已,作为三号的备份在三号落月成功后,主要任务就调整为验证从月球返回,而不是落月

就变成登月项目被砍了


长征五号的运力没那么大吧,速度增量增加1.2公里每秒,运力不可能只下降两吨,也就能到9吨吧

长征五号的运力没那么大吧,速度增量增加1.2公里每秒,运力不可能只下降两吨,也就能到9吨吧
现在的人敏感过了头

其实只是风传嫦娥四号的落月任务取消而已,作为三号的备份在三号落月成功后,主 ...
载人登月本来就没立项,现在是立项基本无望,连火星小行星探测都悬……
长征五号的运力没那么大吧,速度增量增加1.2公里每秒,运力不可能只下降两吨,也就能到9吨吧
长征5的LTO载荷接近10吨吧,到L1点应该在11吨到12吨左右。
这个方案的问题在于耗时过多,我觉得载人载具还是走直接月球轨道的好,虽然燃料耗得多

我曾经设想的方案是人货分走,月球轨道组合

在空间站的支持下,登月器返回舱等设备可以多次发射在LEO轨道组装,开发一个专门用于地月间摆渡的电推太空渡船,设备组装完成后就可以用渡船稍微悠闲省油的轨道慢慢拉到月球轨道去。设备在月球轨道待命后,载人舱长五发射直奔月球轨道,在月球轨道对接。

登月完成任务后,同样是人坐小型的返回仓直接回地球,设备可以在月球轨道待命,那台电推渡船拖货物返回地球LEO准备下一个任务。不返回的设备舱可以在月球轨道上继续停留拼接成空间站。

这个方案特点是,人员单独上天单独返回安全性高,主要设备可以根据任务通过若干次发射在LEO组装完成,货物在地球空间站与月球空间站间摆渡,电推渡船乃至落月飞船都能够多次重复利用,也大大降低了燃料消耗。

楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 11:28
载人登月本来就没立项,现在是立项基本无望,连火星小行星探测都悬……


反正立项不可能这么早,火箭没有,无人探测还没有完成。没有先决条件的情况下,有什么有望无望的说法都是没意义

嫦娥1-6无人探测绕落回完成,都到了2020前后了,长征五系列要成熟也是10年为单位的,等到那时候再说吧

至于火星,到现在都还是打酱油吧,在美帝这么大量的工作在前,没有太大的投入必要。
楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 11:28
载人登月本来就没立项,现在是立项基本无望,连火星小行星探测都悬……


反正立项不可能这么早,火箭没有,无人探测还没有完成。没有先决条件的情况下,有什么有望无望的说法都是没意义

嫦娥1-6无人探测绕落回完成,都到了2020前后了,长征五系列要成熟也是10年为单位的,等到那时候再说吧

至于火星,到现在都还是打酱油吧,在美帝这么大量的工作在前,没有太大的投入必要。


天舟和神舟飞船直接用长征五号打到拉格朗日点轨道,天舟携带补给2吨推进剂给神舟用于近月制动。
登月舱直接长征五号打低能量转移轨道进入环月轨道,比常规降低一大块燃料消耗,然后对接登月
返回后神舟脱离轨道舱,返回
这个设计冗余太少,还要对神舟好好改进下降低结构质量,要是中国有dragon飞船,不到5吨的质量和大容量舱,那问题就迎刃而解了

天舟和神舟飞船直接用长征五号打到拉格朗日点轨道,天舟携带补给2吨推进剂给神舟用于近月制动。
登月舱直接长征五号打低能量转移轨道进入环月轨道,比常规降低一大块燃料消耗,然后对接登月
返回后神舟脱离轨道舱,返回
这个设计冗余太少,还要对神舟好好改进下降低结构质量,要是中国有dragon飞船,不到5吨的质量和大容量舱,那问题就迎刃而解了

楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 11:30
长征5的LTO载荷接近10吨吧,到L1点应该在11吨到12吨左右。


Lto比l1轨道要求低的多,一个是2500一个是3700
------------------------------------------------------
感谢狐狸,我写错了,2500是GTO
楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 11:30
长征5的LTO载荷接近10吨吧,到L1点应该在11吨到12吨左右。


Lto比l1轨道要求低的多,一个是2500一个是3700
------------------------------------------------------
感谢狐狸,我写错了,2500是GTO
天舟和神舟飞船直接用长征五号打到拉格朗日点轨道,天舟携带补给2吨推进剂给神舟用于近月制动。
登月舱直 ...
登月舱与飞船可以在L1点交会对接,从L1点抵达月球表面也就2.5公里左右速度增量。
这倒是,挤一挤一次性登月舱往返 l1和月面。当然做一个大的可复用登月舱,空舱用长七打到l1,再用长七打电推飞船补给推进剂,更实用
反正立项不可能这么早,火箭没有,无人探测还没有完成。没有先决条件的情况下,有什么有望无望的说法都 ...
你明白自己在说什么吗?
中国航天当初定下的深空探测工程目标都在延后甚至有取消的危险。
2018年火星探测现在是争取2018年实施火星探测;小行星探测从20年左右直接推到了24年左右(就这还是设想)。
至于载人登月,原本定的30年的节点现在运载火箭就要争取立项。
也就是说十年内载人登月立项的可能性很低,30年登月的可能性几乎没有……
电推这种玩意还是等核堆上天之后再说吧
电推这种玩意还是等核堆上天之后再说吧
都用了几十年了,毛子近几年都发了成打的全电星了……
这倒是,挤一挤一次性登月舱往返 l1和月面。当然做一个大的可复用登月舱,空舱用长七打到l1,再用长七打电 ...
从电推从LEO轨道往L1发射载荷需要的时间也太长了吧?
如果要使用大功率电推,那么研发成本和时间又上去了……
载人登月如果想要立项,除了经济性之外能否在两个任期内完成也是个很重要的因素吧……电推这东西等不起啊……

楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 12:10
都用了几十年了,毛子近几年都发了成打的全电星了……


搞搞卫星可以,电推用在载人方面调整轨道时间太长了,等入轨了都成木乃伊了……

又或者,先把L1的加油站弄好,用电推补给好油料再发射载人飞船,不过,等弄好已经几年过去了,燃料都放变质了吧……
楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 12:10
都用了几十年了,毛子近几年都发了成打的全电星了……


搞搞卫星可以,电推用在载人方面调整轨道时间太长了,等入轨了都成木乃伊了……

又或者,先把L1的加油站弄好,用电推补给好油料再发射载人飞船,不过,等弄好已经几年过去了,燃料都放变质了吧……
搞搞卫星可以,电推用在载人方面调整轨道时间太长了,等入轨了都成木乃伊了……

又或者,先把L1的加 ...
呃……不这样还能怎样?
还有,这个和主题有关吗?上面放个空间站就是为了在无人状态下对接登月舱与货运飞船,以及补给燃料。
楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 12:27
呃……不这样还能怎样?
还有,这个和主题有关吗?上面放个空间站就是为了在无人状态下对接登月舱与货运 ...
低温燃料零蒸发长期储存技术, 好像波音洛马才有.
鬼眼老三 发表于 2014-5-23 13:12
低温燃料零蒸发长期储存技术, 好像波音洛马才有.
登月舱使用常规燃料,就是偏二甲肼和四氧化二氮……

楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 13:36
登月舱使用常规燃料,就是偏二甲肼和四氧化二氮……


这也可以. 地轨月轨空间站各於一只.  往返地轨月轨两个空间站, 能多次使用电推货运艇四只, 载人穿梭艇一只.

月轨空间站只要提供上网功能, 定期送上方便面, 随便放个吊丝就能长期运作.

md已经吃了登月的头淡汤, 不搞多次再用实在没有搞头.
楠宫萧vn 发表于 2014-5-23 13:36
登月舱使用常规燃料,就是偏二甲肼和四氧化二氮……


这也可以. 地轨月轨空间站各於一只.  往返地轨月轨两个空间站, 能多次使用电推货运艇四只, 载人穿梭艇一只.

月轨空间站只要提供上网功能, 定期送上方便面, 随便放个吊丝就能长期运作.

md已经吃了登月的头淡汤, 不搞多次再用实在没有搞头.
还是发展CZ5DY,必要时搞三级半,嫌发动机多可以考虑固推。登月舱、燃料补加飞船什么的都用这个发射,直接送入L1。
没准反倒更省钱、省事、省时间。
反对一切到此一游式登月计划

有那个钱,不如多打一百颗卫星,或者拿去烧电推、转发器之类关键零部件。