新一代运载火箭服役后可以考虑使用运载火箭上面级改装空 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 22:02:57


钱学森老先生上世纪60年代的《星际航行概论》就提出过这种设想。但是天朝现役运载火箭使用有毒燃料,因此这种设想被搁置也不奇怪。
但是随着新一代运载火箭服役,大量的运载火箭上面级就有了用武之地。
首先就是发射货运飞船的长征-7 24,其二子级随货运飞船一同进入近地点200公里远地点400公里左右的轨道,发射质量高达100吨,储箱直径3.35米,长度近10米。下面两张图相当直观。

庞大的体积

3.35米直径
一般来说,载荷入轨后上面级会在数个轨道周期后再入。但是可以增强推进剂管理系统,载荷分离后稍稍提升近地点,随后使用拖船将其捕捉,摘除发动机与制导系统后,将10吨左右的储箱提升到空间站轨道。
储箱进行改造后可以作为气密舱使用。维生、供电系统则依赖空间站核心舱(类似比奇洛充气空间站的维生系统和供电系统),功率压力过大的话可以发射第二个备份核心舱。
需要研发的新技术新系统包括多用机械臂系统、太空金属切割技术。而施工平台则可以使用通信卫星平台改装,增加燃料补加系统。两者都是DARPA凤凰计划的研究方向,相比国内也有跟进。
此外一些不算新技术但是在国内还是空白的技术也可以进行填补,包括空间焊接技术。而且可以开发空间自动焊接机器人。

当技术在天宫空间站与长征7号基础上充足验证后,天朝下一代空间站完全可以采用太空施工方式建设。长征5B一级半入轨的特性使其直径5米、长度30米以上的储箱成为了近乎理想的空间站舱段,而其25吨的载荷也使其可以发射足够强劲的核心舱。

长征5芯一级液氧储箱内部
核心舱可以集成施工系统与动力系统,维生系统空载。
长征5B将载荷发射进入近地点200公里远地点400公里左右的轨道后,核心舱动力系统点火,将近地点提高到280公里,以增强在轨时间。切割动力系统与制导系统,在箭体上安装对接系统。
使用长征7发射货运飞船为核心舱补加水氧,同时长征7二子级在做相应处理后与长征5对接,随后货运飞船与核心舱接力点火,将轨道提升为400公里左右高度的工作轨道。
对长征5芯一级与长征5二级进行改装,切割出舱口,对内部残余燃料吹除。使用类人机器人安装维生系统的气液管道、安装机柜、进行电力系统布设、内部装饰。舱外工程机器人则负责安装防热系统与防陨石系统,在基本具备载人能力后宇航员进入。
初期宇航员生活在核心舱,进入改装舱室穿着舱内宇航服,进一步进行施工,完全具备载人能力后正式作为空间站舱段使用。


钱学森老先生上世纪60年代的《星际航行概论》就提出过这种设想。但是天朝现役运载火箭使用有毒燃料,因此这种设想被搁置也不奇怪。
但是随着新一代运载火箭服役,大量的运载火箭上面级就有了用武之地。
首先就是发射货运飞船的长征-7 24,其二子级随货运飞船一同进入近地点200公里远地点400公里左右的轨道,发射质量高达100吨,储箱直径3.35米,长度近10米。下面两张图相当直观。

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2014-10-13 18:32 上传


庞大的体积

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3.35米直径
一般来说,载荷入轨后上面级会在数个轨道周期后再入。但是可以增强推进剂管理系统,载荷分离后稍稍提升近地点,随后使用拖船将其捕捉,摘除发动机与制导系统后,将10吨左右的储箱提升到空间站轨道。
储箱进行改造后可以作为气密舱使用。维生、供电系统则依赖空间站核心舱(类似比奇洛充气空间站的维生系统和供电系统),功率压力过大的话可以发射第二个备份核心舱。
需要研发的新技术新系统包括多用机械臂系统、太空金属切割技术。而施工平台则可以使用通信卫星平台改装,增加燃料补加系统。两者都是DARPA凤凰计划的研究方向,相比国内也有跟进。
此外一些不算新技术但是在国内还是空白的技术也可以进行填补,包括空间焊接技术。而且可以开发空间自动焊接机器人。

当技术在天宫空间站与长征7号基础上充足验证后,天朝下一代空间站完全可以采用太空施工方式建设。长征5B一级半入轨的特性使其直径5米、长度30米以上的储箱成为了近乎理想的空间站舱段,而其25吨的载荷也使其可以发射足够强劲的核心舱。

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2014-10-13 18:42 上传


长征5芯一级液氧储箱内部
核心舱可以集成施工系统与动力系统,维生系统空载。
长征5B将载荷发射进入近地点200公里远地点400公里左右的轨道后,核心舱动力系统点火,将近地点提高到280公里,以增强在轨时间。切割动力系统与制导系统,在箭体上安装对接系统。
使用长征7发射货运飞船为核心舱补加水氧,同时长征7二子级在做相应处理后与长征5对接,随后货运飞船与核心舱接力点火,将轨道提升为400公里左右高度的工作轨道。
对长征5芯一级与长征5二级进行改装,切割出舱口,对内部残余燃料吹除。使用类人机器人安装维生系统的气液管道、安装机柜、进行电力系统布设、内部装饰。舱外工程机器人则负责安装防热系统与防陨石系统,在基本具备载人能力后宇航员进入。
初期宇航员生活在核心舱,进入改装舱室穿着舱内宇航服,进一步进行施工,完全具备载人能力后正式作为空间站舱段使用。
如果进一步发展,完全可以在轨建设人类梦寐以求的环形空间站。
以环形直径100米估算,需要90个左右3.35米直径舱段横向组装。以作为施工宿舍的常规空间站每年两次货运发射、一次载人发射、一次发射两个储箱计算,共需要15年左右完工。
考虑到功能货舱(核心舱)、桁架系统与外设分系统还有大量施工物质的发射,每两年需要一枚长征5B,而长征5B的5米储箱可以改装为桁架连接处的巨型节点舱。
难度比较大,短期难以实现。
载人安全要求高,现在地面千八百号人,又是焊接又是检漏的,还得安装大量载荷,好几年才搞定一个舱段。在轨加工目前很多技术都是空白。
不用做载人、不搞气密舱段,改作某些用途倒或许可能,比如太空加油站什么的。
难度比较大,短期难以实现。
载人安全要求高,现在地面千八百号人,又是焊接又是检漏的,还得安装大量载荷 ...
所以我才说短期内仅做验证啊。
而使用类似技术在轨建设的下一代空间站至少都是2040年了,天宫至少能撑20年吧?
这些时间里相关技术可以充分验证、实践。
地面的几千人的生产单位,直接参与的也没多少人啊。相关检测可以远程辅助,而且舱室主体基本完整而且已经经过了重组的地面检测,切割舱口安装对接系统的难度也比较小。
在轨道上做切割和安装难度不小啊来自: Android客户端
所以我才说短期内仅做验证啊。
而使用类似技术在轨建设的下一代空间站至少都是2040年了,天宫至少能撑20 ...
到2040年发空间站用的火箭可能都不是长征5b了,至少也要是个改型,如果拿过来做空间站仓段的话,在设计的时候就应该对改装专门进行一些设计吧来自: Android客户端
在轨道上做切割和安装难度不小啊
焊接做过实验,切割凤凰计划有类似的项目
没必要切割焊接啊,加个接口
Skylab不就是土星5的第三级改的吗?
费这么大劲就为个壳子
太空施工太高端了嘛,人类地面施工都还不轻松。
chaobill 发表于 2014-10-13 17:29
没必要切割焊接啊,加个接口
燃料箱是封闭的啊……
callmeK 发表于 2014-10-13 17:43
费这么大劲就为个壳子
一个壳子也有十几吨呢,想想运载火箭的发射成本,再想想那可怜的载荷质量……
这东西随载荷入轨,转上几圈再入大气层才是浪费……
vmn171 发表于 2014-10-13 17:52
太空施工太高端了嘛,人类地面施工都还不轻松。
这个其实就是开几个开口焊接对接系统而已……又没让你散件组装……
楠宫萧vn 发表于 2014-10-13 18:11
燃料箱是封闭的啊……
总有管道出口吧。在燃料出口的地方设计成舱门接口
如果只是利用外壳的话,估计只有太空种菜或者当储物柜才可行,否则如果作为功能舱,里面的设备和外部的太阳能版才是最重要的,那还不如直接安装好了发射上去。
2014-10-13 18:36 上传


不过确实是种思路。用于改造空间站舱段的长7二子级燃料储箱箱底可以特殊设计,增大燃料输送管道出口直径。
天降祥瑞 发表于 2014-10-13 18:35
如果只是利用外壳的话,估计只有太空种菜或者当储物柜才可行,否则如果作为功能舱,里面的设备和外部的太阳 ...
供电维生都由核心舱提供,内部模块化设计,就像ISS一样,大量的通用机柜
2014-10-13 18:53 上传


这个似乎真的没有技术问题
楠宫萧vn 发表于 2014-10-13 18:38
供电维生都由核心舱提供,内部模块化设计,就像ISS一样,大量的通用机柜
那么设备还必须专门再发射一次,同样是浪费;

只有大量空白空间的舱室,比如太空农场才合适,mini生态系统里物质完全循环利用,专用设备所需很少,所需要的只是外部电力,而且这样的舱室如果单独发射,体积很大,重量很小,反而不划算。

再设想一下,类似SLS那样的空间,几次就够整个空间站吃的了。
那么设备还必须专门再发射一次,同样是浪费;

只有大量空白空间的舱室,比如太空农场才合适,mini生态 ...
由长征7号发射的货运飞船携带标准机柜,安装进入燃料储箱,这实际上就是用一次长征7的发射替代了长征5的发射,怎么能算折腾呢?
国际空间站很多舱段的机柜就是后续由航天飞机发射升空的。由于模块化设计,还可以进行更换。现在由HTV与天鹅座负责机柜的发射。
标准机柜有统一的电力、气液、机械和总线接口,可以作为科研目的,也可以用于维生系统,甚至安装进一个马桶。
要求差别太大了吧,改个无人工作平台恐怕更合理。载人的还是专门设计为好。

天降祥瑞 发表于 2014-10-13 19:01
那么设备还必须专门再发射一次,同样是浪费;

只有大量空白空间的舱室,比如太空农场才合适,mini生态 ...


即使是用于生物培养,一样需要大量的机柜。
无重力条件下的植物栽培可不是随随便便摆着就可以了。按和平号的相关实验,为了使谷科植物正常结穗甚至需要加装电极……
其实马铃薯和地瓜才是最优的太空作物,而马铃薯和地瓜无法无土栽培,因此需要的栽培容器甚至需要半密封。植物还需要特定的光照温度湿度,也就是说需要的机柜总功率不一定比普通空间站舱段低……
天降祥瑞 发表于 2014-10-13 19:01
那么设备还必须专门再发射一次,同样是浪费;

只有大量空白空间的舱室,比如太空农场才合适,mini生态 ...


即使是用于生物培养,一样需要大量的机柜。
无重力条件下的植物栽培可不是随随便便摆着就可以了。按和平号的相关实验,为了使谷科植物正常结穗甚至需要加装电极……
其实马铃薯和地瓜才是最优的太空作物,而马铃薯和地瓜无法无土栽培,因此需要的栽培容器甚至需要半密封。植物还需要特定的光照温度湿度,也就是说需要的机柜总功率不一定比普通空间站舱段低……
要求差别太大了吧,改个无人工作平台恐怕更合理。载人的还是专门设计为好。
天空实验室就是土星5的三子级改造的。
Skylab不就是土星5的第三级改的吗?
直接拿S-IVB打通共底储箱改的气密舱

楠宫萧vn 发表于 2014-10-14 10:18
天空实验室就是土星5的三子级改造的。


这个顶多算是用了土星5三子级的工装,焊接了个相同直径的加压壳体,以此基础设计。似乎没有资料指出是用已经完成的三子级成品重新改的。
即便是重新改的,也是在地面完成,里面装了那么多东西。在轨道做这些难度不是一个数量级。
你说的已有轨道切割、焊接试验,只是小规模焊接、切割个金属板什么的,什么时候能建立大规模轨道工业能力或许有价值。这么大的东西,在轨姿控都很麻烦,改装动静大一点,一不留神旋转起来就完蛋了。
而且这玩意儿的结构寿命到底能不能支持长时间在轨使用也是个问题,美国的不能比,国内贮箱所用铜铝合金,一直有长时间存放就纹裂的问题,材料上可能也得改进。

楠宫萧vn 发表于 2014-10-14 10:18
天空实验室就是土星5的三子级改造的。


这个顶多算是用了土星5三子级的工装,焊接了个相同直径的加压壳体,以此基础设计。似乎没有资料指出是用已经完成的三子级成品重新改的。
即便是重新改的,也是在地面完成,里面装了那么多东西。在轨道做这些难度不是一个数量级。
你说的已有轨道切割、焊接试验,只是小规模焊接、切割个金属板什么的,什么时候能建立大规模轨道工业能力或许有价值。这么大的东西,在轨姿控都很麻烦,改装动静大一点,一不留神旋转起来就完蛋了。
而且这玩意儿的结构寿命到底能不能支持长时间在轨使用也是个问题,美国的不能比,国内贮箱所用铜铝合金,一直有长时间存放就纹裂的问题,材料上可能也得改进。
这个顶多算是用了土星5三子级的工装,焊接了个相同直径的加压壳体,以此基础设计。似乎没有资料指出是用 ...
这个也仅仅是切割箱底改舱门、焊接对接系统而已。
而且如果上面级预留接口,在轨拆除燃料输送管道也许并不需要切割,安装对接系统也不一定需要焊接。
长征7二子级最终质量应该在10吨左右,拆除发动机还能进一步降低。靠推进剂管理系统就能稳定姿态,甚至加装动量轮与RCS系统。
虽然说是改造,但是没说一定要在原设计上改装啊。毕竟相比巨大的气密舱段容积,对二子级进行一定改装无论如何都是经济的。
想省钱学Skylab,想实用学ISS,想牛逼就学Bigelow那个玩意吧
抢沙发,赚积分!我只是飘过的。
楠宫萧vn 发表于 2014-10-14 11:00
这个也仅仅是切割箱底改舱门、焊接对接系统而已。
而且如果上面级预留接口,在轨拆除燃料输送管道也许并 ...
入轨后,二级电源很快耗尽,最后就成了无控物体,死的。要长时间位置姿控,需要加装一堆东西,这又会增加干重影响普通发射中的载荷。
如果是对接到空间站上,那空间站的姿控能力也得很强大才行。这么长的储箱,力臂极大。
是否经济,要依照实际的技术水平而定。我不反对做探索试验,但二十年内实用化持怀疑态度。
加对接机构搞成空间加油站,起码比这个简单,还是当储箱用,动力什么的也不一定要拆除。
入轨后,二级电源很快耗尽,最后就成了无控物体,死的。要长时间位置姿控,需要加装一堆东西,这又会增加 ...
发射普通载荷就用原始版本啊,而且姿控控制机构可以依靠载荷啊,D上面组级一直这么玩。
楠宫萧vn 发表于 2014-10-14 14:13
发射普通载荷就用原始版本啊,而且姿控控制机构可以依靠载荷啊,D上面组级一直这么玩。
两者重量、尺寸是一个量级么。。。
两者重量、尺寸是一个量级么。。。

双子星曾经与阿金纳对接后由阿金纳送入1000公里椭圆轨道,阿金纳带着一大半燃料,第二次点火前的姿控可是由双子星负责的。
两者重量、尺寸是一个量级么。。。
如果说20吨级的核心舱与10吨左右质量、20米不到长度的目标无法安全对接,那么两个实验舱对接后也就没有能力转换接口了……
楠宫萧vn 发表于 2014-10-14 10:18
天空实验室就是土星5的三子级改造的。
实际上和重新设计没啥区别了。只是名义上的改了。
直径太小了吧……即使是APAS,舱口直径好歹有80厘米呢……

不过确实是种思路。用于改造空间站舱段的长 ...
多设计几个舱口,作为燃料箱的时候拿螺栓拧上个盖子密封。
管线也可以预先布置好。

在轨改装只要晾干液氢打开舱门即可
预先在地面加装舱门改好之后封上舱门发射上去打开晾干即用可以考虑。

只有长5的氢箱适合改,氧箱小煤油箱脏
楠宫萧vn 发表于 2014-10-14 18:53
双子星曾经与阿金纳对接后由阿金纳送入1000公里椭圆轨道,阿金纳带着一大半燃料,第二次点火前的姿控可 ...
这个在轨时间很短,姿控燃料可以勉强维持。
印象里看过这块的资料片,阿金纳尺寸不是特别大,但就这样还是发生了滚转事故,不得不应急分离。
论坛游侠 发表于 2014-10-17 10:02
这个在轨时间很短,姿控燃料可以勉强维持。
印象里看过这块的资料片,阿金纳尺寸不是特别大,但就这样还 ...
阿金纳是不大,但是带着近一半燃料。
而且阿姆斯特朗那次翻滚是一个RCS喷管被堵住了,后来几次都很正常。
而且这个时间可不短,曾经有一次对接后宇航员出舱骑在阿金纳上然后爬回来,然后阿金纳点火……这还有段趣闻,因为那个宇航员累了个半死,在那之后才有了失重水槽训练……
论坛游侠 发表于 2014-10-17 10:02
这个在轨时间很短,姿控燃料可以勉强维持。
印象里看过这块的资料片,阿金纳尺寸不是特别大,但就这样还 ...
阿姆斯特朗那次双子座8号任务;出舱骑在阿金纳是双子座11号,乘员组是戈登和皮特,这次飞行也是人类除阿波罗计划之外最大飞行高度,轨道最高点1360公里;第一次使用失重水槽训练后升空的是奥尔德林,双子座12号,这次任务;第一次进行对接后点火尝试并且进入600公里高度的是杨和柯林斯,双子座10号。