超级军网对我国第二代天地往返运输系统的前瞻设想
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/20 14:39:06
<br /><br />03年，神舟5号飞船带着杨利伟进入太空，圆了中华民族千年飞天梦。神舟系列飞船是我国第一代天地往返运输系统，它的主要使命是突破载人航天往返技术和保障人在太空中生活工作的技术，其带有很大的技术验证性质，着力解决我国载人航天器的“有无”问题，它的成功为我国后续更大更先进航天器的研制奠定了技术基础。随着我国航天事业的不断发展，在完成载人航天第二步空间实验室的建设后，我国将迎来空间站时代，载人航天的规模和水平会迈上新台阶，到那时神舟系列飞船不能适应新形势的需要，研制新一代功能更强、经济性更好的载人航天器将成为必然。
我国第二代天地往返运输系统将会采用什么技术方案？是新型飞船还是航天飞机，或者是空天飞机？航天飞机方案由于空气动力结构使得系统过于复杂，在经济上、技术上存在不少问题，我国不会采用这个方案。从专家的信息也看出我国没有航天飞机研制计划。空天飞机代表了未来天地运输系统的发展方向，但是从近期来看，其在关键技术突破和现有系统的兼容上存在很多问题，不会作为我国第二代载人航天器。我认为替代神舟飞船的下一代航天器将采用可重复使用的多功能新型飞船方案。采用飞船方案的原因是与现有系统高度兼容，充分吸纳神舟飞船的技术验证成果，降低研制成本和风险，并且和下一步登月飞船的研制高度兼容，取得“一石双鸟”的效果。
下面我通过和神舟飞船对比具体阐述一下下代飞船的情况。
1、 地位不同：神舟解决“有无”，新飞船解决“好坏”问题。新飞船是专门为空间站配套的天地运输系统，它适应我国航天事业不断发展的形势需要，它强大的功能和良好的经济性将把我国载人航天事业提升到一个新高度。
2、 外形和大小不同：新飞船仍然采用圆柱体结构，但不是三舱式，采用两舱结构。新飞船长约10米，工作舱直径约4米，重18吨左右，货运飞船重25吨左右，远大于神舟的8吨。
3、 功能强大：新飞船可载7人加1吨货物，大于神舟的3人加500公斤货物，货运飞船可载8吨载荷。
4、 重复使用：这是新飞船最显著的特征。通过多次重复使用，大大降低运输成本。重复使用的关键在于防热材料的重复使用，在这一点上中国应该已经完成预研，可实现整体回收。新飞船返回方式预计仍为伞降加反推火箭模式或者是伞降加海上回收。新飞船可重复使用20次左右，每次完成任务后经过简单的维护修理就可再次执行任务，可快速再次执行任务。
5、 较长的在轨运营时间：新飞船可在轨工作20天左右，而神舟仅为7天。较长的时间可完成更大更多的任务。
6、 强大的机动变轨能力：新飞船装有强劲的变轨发动机，变轨能力远强于神舟，可实现从低轨到高轨的任意机动。为其装上机械手就可捕获卫星，并可为卫星补充燃料。
7、 发射工具：新飞船以长征5号改进的串联式两极入轨重复使用运载器为发射工具，可大大降低发射成本，并提高发射可靠性。
8、 研制进度：预计在2012年左右，完成空间实验室的建设后，下代飞船就会正式立项，在2017年左右进行首次飞行试验任务。
9、 生产数量：载人飞船生产两艘，交替执行任务，并互为备份。货运飞船生产一艘。
10、 任务频率：空间站运营初期，任务频率为1~2次/年；空间站稳定运营后，频率为2~4次/年。
11、 与美俄下代航天器的对比：俄罗斯曾提出“快船”重复使用飞船方案，但鉴于俄罗斯航天的现状，我怀疑其能否完成类似计划。对美国下代的CEV 飞船来说，应该与我国的实力相当。
总之，下代飞船的研制成功将实现我国航天运载技术的飞跃，推动我国载人航天事业的跨越式发展，将中国航天推向新高度。<meta http-equiv="refresh" content="0; url=http://ybw.cc">
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我国第二代天地往返运输系统将会采用什么技术方案？是新型飞船还是航天飞机，或者是空天飞机？航天飞机方案由于空气动力结构使得系统过于复杂，在经济上、技术上存在不少问题，我国不会采用这个方案。从专家的信息也看出我国没有航天飞机研制计划。空天飞机代表了未来天地运输系统的发展方向，但是从近期来看，其在关键技术突破和现有系统的兼容上存在很多问题，不会作为我国第二代载人航天器。我认为替代神舟飞船的下一代航天器将采用可重复使用的多功能新型飞船方案。采用飞船方案的原因是与现有系统高度兼容，充分吸纳神舟飞船的技术验证成果，降低研制成本和风险，并且和下一步登月飞船的研制高度兼容，取得“一石双鸟”的效果。
下面我通过和神舟飞船对比具体阐述一下下代飞船的情况。
1、 地位不同：神舟解决“有无”，新飞船解决“好坏”问题。新飞船是专门为空间站配套的天地运输系统，它适应我国航天事业不断发展的形势需要，它强大的功能和良好的经济性将把我国载人航天事业提升到一个新高度。
2、 外形和大小不同：新飞船仍然采用圆柱体结构，但不是三舱式，采用两舱结构。新飞船长约10米，工作舱直径约4米，重18吨左右，货运飞船重25吨左右，远大于神舟的8吨。
3、 功能强大：新飞船可载7人加1吨货物，大于神舟的3人加500公斤货物，货运飞船可载8吨载荷。
4、 重复使用：这是新飞船最显著的特征。通过多次重复使用，大大降低运输成本。重复使用的关键在于防热材料的重复使用，在这一点上中国应该已经完成预研，可实现整体回收。新飞船返回方式预计仍为伞降加反推火箭模式或者是伞降加海上回收。新飞船可重复使用20次左右，每次完成任务后经过简单的维护修理就可再次执行任务，可快速再次执行任务。
5、 较长的在轨运营时间：新飞船可在轨工作20天左右，而神舟仅为7天。较长的时间可完成更大更多的任务。
6、 强大的机动变轨能力：新飞船装有强劲的变轨发动机，变轨能力远强于神舟，可实现从低轨到高轨的任意机动。为其装上机械手就可捕获卫星，并可为卫星补充燃料。
7、 发射工具：新飞船以长征5号改进的串联式两极入轨重复使用运载器为发射工具，可大大降低发射成本，并提高发射可靠性。
8、 研制进度：预计在2012年左右，完成空间实验室的建设后，下代飞船就会正式立项，在2017年左右进行首次飞行试验任务。
9、 生产数量：载人飞船生产两艘，交替执行任务，并互为备份。货运飞船生产一艘。
10、 任务频率：空间站运营初期，任务频率为1~2次/年；空间站稳定运营后，频率为2~4次/年。
11、 与美俄下代航天器的对比：俄罗斯曾提出“快船”重复使用飞船方案，但鉴于俄罗斯航天的现状，我怀疑其能否完成类似计划。对美国下代的CEV 飞船来说，应该与我国的实力相当。
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下面我通过和神舟飞船对比具体阐述一下下代飞船的情况。
1、 地位不同：神舟解决“有无”，新飞船解决“好坏”问题。新飞船是专门为空间站配套的天地运输系统，它适应我国航天事业不断发展的形势需要，它强大的功能和良好的经济性将把我国载人航天事业提升到一个新高度。
2、 外形和大小不同：新飞船仍然采用圆柱体结构，但不是三舱式，采用两舱结构。新飞船长约10米，工作舱直径约4米，重18吨左右，货运飞船重25吨左右，远大于神舟的8吨。
3、 功能强大：新飞船可载7人加1吨货物，大于神舟的3人加500公斤货物，货运飞船可载8吨载荷。
4、 重复使用：这是新飞船最显著的特征。通过多次重复使用，大大降低运输成本。重复使用的关键在于防热材料的重复使用，在这一点上中国应该已经完成预研，可实现整体回收。新飞船返回方式预计仍为伞降加反推火箭模式或者是伞降加海上回收。新飞船可重复使用20次左右，每次完成任务后经过简单的维护修理就可再次执行任务，可快速再次执行任务。
5、 较长的在轨运营时间：新飞船可在轨工作20天左右，而神舟仅为7天。较长的时间可完成更大更多的任务。
6、 强大的机动变轨能力：新飞船装有强劲的变轨发动机，变轨能力远强于神舟，可实现从低轨到高轨的任意机动。为其装上机械手就可捕获卫星，并可为卫星补充燃料。
7、 发射工具：新飞船以长征5号改进的串联式两极入轨重复使用运载器为发射工具，可大大降低发射成本，并提高发射可靠性。
8、 研制进度：预计在2012年左右，完成空间实验室的建设后，下代飞船就会正式立项，在2017年左右进行首次飞行试验任务。
9、 生产数量：载人飞船生产两艘，交替执行任务，并互为备份。货运飞船生产一艘。
10、 任务频率：空间站运营初期，任务频率为1~2次/年；空间站稳定运营后，频率为2~4次/年。
11、 与美俄下代航天器的对比：俄罗斯曾提出“快船”重复使用飞船方案，但鉴于俄罗斯航天的现状，我怀疑其能否完成类似计划。对美国下代的CEV 飞船来说，应该与我国的实力相当。
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1、 地位不同：神舟解决“有无”，新飞船解决“好坏”问题。新飞船是专门为空间站配套的天地运输系统，它适应我国航天事业不断发展的形势需要，它强大的功能和良好的经济性将把我国载人航天事业提升到一个新高度。
2、 外形和大小不同：新飞船仍然采用圆柱体结构，但不是三舱式，采用两舱结构。新飞船长约10米，工作舱直径约4米，重18吨左右，货运飞船重25吨左右，远大于神舟的8吨。
3、 功能强大：新飞船可载7人加1吨货物，大于神舟的3人加500公斤货物，货运飞船可载8吨载荷。
4、 重复使用：这是新飞船最显著的特征。通过多次重复使用，大大降低运输成本。重复使用的关键在于防热材料的重复使用，在这一点上中国应该已经完成预研，可实现整体回收。新飞船返回方式预计仍为伞降加反推火箭模式或者是伞降加海上回收。新飞船可重复使用20次左右，每次完成任务后经过简单的维护修理就可再次执行任务，可快速再次执行任务。
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总之，下代飞船的研制成功将实现我国航天运载技术的飞跃，推动我国载人航天事业的跨越式发展，将中国航天推向新高度。<meta http-equiv="refresh" content="0; url=http://ybw.cc">
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这纯粹是科幻式超现实主义,可能吗?就这么个光景内,这想法根本就是空想加幻想.科技只能循序渐进,加长点时间吧.
时候时候在机械电子，微系统集成方面出几个行业的TOP5，楼主的愿望就实现鸟。
文章是楼主原创么？
“发射工具：新飞船以长征5号改进的串联式两极入轨重复使用运载器为发射工具，可大大降低发射成本，并提高发射可靠性。”
你的飞船是TSTO的第二级还是什么？
“发射工具：新飞船以长征5号改进的串联式两极入轨重复使用运载器为发射工具，可大大降低发射成本，并提高发射可靠性。”
你的飞船是TSTO的第二级还是什么？
介个不就是把神舟的3舱变两舱，其它数据扩大1倍～N倍么;P
说实在的，可重复利用这个概念对于航天器来说，恐怕不是经济的解决方案，把每次回收的航天器拆成碎片放到网上拍卖可能就够造一艘新飞船鸟。
干吗要人货混运啊．
原帖由 su-27smk 于 2008-2-11 11:28 发表
干吗要人货混运啊．
头像MM大图交出来:$
人货分运不是绝对的,载人飞船拥有一定的载货能力使其具有面向多种任务的灵活性.
原帖由 小文 于 2008-2-11 10:26 发表
这纯粹是科幻式超现实主义,可能吗?就这么个光景内,这想法根本就是空想加幻想.科技只能循序渐进,加长点时间吧.
幻想？你以为07年曝光的神龙大气层再入飞行器是干吗用的？可以这样认为，中国的第二代可重复使用飞船至少完成了大气层内缩比模型试验了，就等新火箭上实体了。
神舟8/9的合体就是中国第一个空间实验室，在完成7号的太空行走后，09年实施。
原帖由 cookship 于 2008-2-11 11:01 发表
说实在的，可重复利用这个概念对于航天器来说，恐怕不是经济的解决方案，把每次回收的航天器拆成碎片放到网上拍卖可能就够造一艘新飞船鸟。
关键是重复使用的次数，航天飞机要达到一架150次的使用数才可以达到常规的火箭的运载成本。现在的一些计划中的可重复使用飞船大概需要30次以上就可以回本开始压倒常规火箭。
不过最近10年国际航天火箭的发射平均一年就5/60次，平均分摊到二十多种型号上面，重复火箭才没什么前途，因为要达到发射密度才能获得效益。
原帖由 H2A 于 2008-2-11 20:23 发表
楼主还没搞清开发神舟的用途,神舟是和中国未来的空间站配套的,而中国未来空间站现实水平只能是礼炮级的,故8吨的神舟已足够,国际空间站要大许多倍联盟级的飞船显然不够,难怪欧空局把货运型飞船做到20吨
貌似国际空间站十几年来都是用联盟和进步就维持到了，航天飞机主要还是起到建设的作用。
按照当年协议，俄罗斯的联盟和进步是免费提供的，作为维持国际空间站的主要力量。结果因为哥伦比亚失事后，航天飞机出动频率越来越少，而联盟和进步的发射频率就被迫提高了，俄罗斯不是不能承担发射密度，一年3-5发的联盟和进步不算什么。关键是俄罗斯穷不能再免费支持了。首先联盟送人上天要加钱，进步也是要加钱。结果迫使欧盟和日本要分担货运飞船的部分（载人部分一时半刻是弄不出来），除了欧洲这个货运飞船，日本的货运飞船也将在H2B出来后发射上天。
不过国际空间站实在太贵了，建设就足足花了1000亿美圆。还是礼炮这样的空间站最符合使用成本，效果又不见得比国际空间站小。真要扩大地盘也可以参考和平站的拼接。
原帖由 H2A 于 2008-2-11 20:55 发表
欧共体和日本的思路更科学,先搞货运型.满足需求,积累经验.然后在货运型基础上加个返回舱和其他设备,载人型不就出来了吗?因为她们有现成的空间站可供实践.
货船不就是一个上天可变轨卫星而已，当然没啥新技术含量。
欧盟和日本要改载人，先完成大气层的准确/安全再入这个难关再说把，这两家都没有返回式卫星的成熟经验。
原帖由 重剑无锋 于 2008-2-11 20:08 发表
幻想？你以为07年曝光的神龙大气层再入飞行器是干吗用的？可以这样认为，中国的第二代可重复使用飞船至少完成了大气层内缩比模型试验了，就等新火箭上实体了。
神舟8/9的合体就是中国第一个空间实验室，在完成 ...
不是幻想?你怎么回复只引用一半不引用另一半?断章取义有什么意思!
看清楚!我说的是这么短时间不可能实现!看清楚!我有反对过?明白么!
原帖由 小文 于 2008-2-11 21:30 发表
不是幻想?你怎么回复只引用一半不引用另一半?断章取义有什么意思!
看清楚!我说的是这么短时间不可能实现!看清楚!我有反对过?明白么!
时间当然不会很准，毕竟还要考虑实用和经费项目的问题。
我的意思的是神龙再入飞行器和长五都已经不是纸面上的东西了，都出实物了。重复系统早就不是空无一物的幻想了。
技术储备已经完成，关键看什么时候应用而已。
原帖由 H2A 于 2008-2-11 21:37 发表
连印度都有了,大气层返回不是啥高技术,技术含量在是用烧蚀型还是防热瓦型,前者对欧日是低技术含量的
印度那个。。。。偏了多少了，如果上人是什么下场？而欧/日。。。。还没有返回实验把。
我对这两家实现载人航天没有疑问，只是凡事都有发展规律，需要一步步实践来发展的，这两家要搞这个大项目，也至少是花十年光景。
在航天发展决心上，我甚至认为阿三比这两家强，虽然基础薄弱些。
原帖由 重剑无锋 于 2008-2-11 21:48 发表
印度那个。。。。偏了多少了，如果上人是什么下场？而欧/日。。。。还没有返回实验把。
我对这两家实现载人航天没有疑问，只是凡事都有发展规律，需要一步步实践来发展的，这两家要搞这个大项目，也至少是花十 ...
what [:a3:]
1994 OREX (Japan)
1995 EXPRESS (Germany, Japan)
2002 USERS (Japan)
USERS
日本这些弹道式返回实验都是在希望号无人航天飞机计划开始后的事了
返回实验没有积累一定的成功次数也说明不了什么问题，起码同一个航天器的多次返回实验不做就验证不了材料和工艺的可靠性。美国在航天飞机首飞前几年多次做了相关实验，日本完全没进到这个实质性阶段。
1993年开始，航空航天技术研究所与太空开发事业团共同进行日本版航天飞机一一“太空往返技术试验机(H—ⅡOr biting Plane Experimental，HOPE—X)”的研究。HOPE—X是三角形机翼的无人飞机，其目标在于利用H一ⅡA型火箭将其打上太空，在地球轨道绕行后再进人大气层，并在跑道上以水平方式降落。目的是运送物资到太空站，及以远距离操作修理人造卫星等，其机体可像航天飞机一样重复使用。
在开发HOPE—X的基础研究上，航空航天技术研究所与太空开发事业团到目前为止利用3种小型实验机进行了飞行实验并获得成果。首先，1994年进行的是“轨道再进入实验(Orbital Re—entry Experiment，OREX)”。中心主任白水说： “此实验中确认了进入太空的飞行体，脱离轨道沿着预定路线回到地球的技术。过去日本还未曾做过这样的实验。” “OREX”由
H—Ⅱ火箭发射升空，并进入高度450公里的轨道。绕行地球1圈后脱离轨道，以预定的路线再次进入大气层。进人大气层后，实验机的前面因与大气磨擦而加热到了1500摄氏度，证实了所使用的耐热材料一一碳／碳(carbon／carbon)材料与陶瓷砖的性能。
接下来于1996年开始进行“极超音速飞行实验(Hyper—sonic Flight Experiment， HYFLEX)”。 实验机 “HYFLEX” 以J一1火箭发射，在高度108公里的弹道轨道处与火箭分离，以14马赫(约轨道速度的一半)的极超音速再次进入大气层。实验机前面最高加热到1500摄氏度。中心主任白水说：“其与OREX相当不一样的地方在于实验机的形状从轴对称的胶囊形，变成与普通飞行体类似的形状。实验证实了这种复杂的构造物可一边改变自己的姿势一边照着预定的道路飞到曰的地，也证实了其可抵抗高温。”
同一年夏天，在澳大利亚的乌美拉(Woomera)机场进行了“小型自动着陆实验(Automatic L,anding Flight Experiment，ALFLEX)”。实验机“ALFLEX”以直升机吊到1500米的高度后投下，令其在空中滑翔并在跑道水平降落。ALFLEX是HOPE—x大小缩小为33％且无发动机的小型无人飞行机。自水主任说道：“此实验进行了13次，虽然此机型的着陆并不稳定，但13次的实验均成功了。我们证实了具有特殊形状及飞行轨道的航天飞机也可无人驾驶水平着陆。”
下个高速飞行实证计划
在3种实验之后，航空航天技术研究所和太空开发事业团正共同进行“高速飞行实证计划”。此计划预定分为第l阶段及第2阶段。
在阶段l中，将验证HOPE-x从脱离环绕地球轨道到回到机场这一最后阶段的系统。实验在基里巴斯共和国(Kiribati)的圣诞岛进行。令与装备有喷射发动机的HOPE-x形状相似的小型无人飞行机(缩小为25％)在跑道水平起飞，使其沿着HOPE-x的返回路线飞行后在跑道水平着陆。高速飞行实证小组的柳原正明说：“HOPE-x与航天飞机不同，其着陆时的角度为20—30度的大角度，且以非常快的速度进入跑道。在这样的状态下，实验机利用GPS(全球定位系统)卫星来判断本身飞行的位置，来确认是否能自动控制飞行，因为实验机上装有喷射发动机，因此可靠自己的力量上升到8公里处。其特点在于能轻易地多次重复进行实验。”
另一方面，第2阶段是跨音速域(transonic，l马赫左右)的飞行验证。柳原说：“HOPE—x与飞机不同，其尾部的形状仿佛是被刀子截断一样。像这样的飞行器在音速以下或是在超音速情况下的空气动力特性已经知道。但是，要精确知道其在跨音速域的特性，则并非以风洞试验或CDF’(计算流体力学)可简单得知。因此，以飞行实验调查其特性以便提升风洞试验技术及CDF技术。”实验在瑞典北部的雅斯兰吉(Esrange)实验场进行。HOPE—x的小型无人实验机(缩小为25％)用气球吊到30公里的空中投下后，以自由下落滑翔加速到1马赫左右，并收集各种空气动力的资料。“第2阶段是在法国国立太空研究中心(CNES)的国际协助下进行的，该中心利用气球进行过许多工程学实验。”
HOPE—X的制造目前暂缓
HOPE—x计划以于2004年发射升空为目标。但是在2000年夏天，太空开发委员会决定将其开发暂缓。
中心主任白水说：“关于这件事民间似乎有许多误解。HOPE—x计划本身并未中止，本来虽然预定于2001年度开始制造此航天飞机，但时间稍稍延后。目前航空航天技术研究所、太空开发事业团及文部科学省太空科学研究所3个机构要再一次讨论是否要利用HOPE—x进行太空任务，或是利用别的飞行机来进行。”因此，HOPE-x的实际制造在短期将不会进行，在这段时间，先将过去HOPE—X的开发成果加以整理，把前面所提及的高速飞行实证等基础技术加以确认，并确认可重复使用太空运输系统研究开发的方针。
空气吸入式发动机的开发
要开发比航天飞机更先进的可重复使用型太空输送机有几个技术上的重点，而其中最重要的就是发动机。现在，前往太空的运输机所使用的发动机只有“火箭发动机”而已。火箭发动机令运输机内储藏的燃料(液态氢)与氧化剂(液态氧)燃烧，将其能量化为推进力。在这种情况下，推进剂(燃料及氧化剂)占了运输机的全体质量中约90％。因此将火箭设计成多段式，飞行途中使用完毕的火箭就必须舍弃以加速前进。
因此，日前正在积极研发用来取代火箭发动机的空气吸入式发动机(air brealhing engine)。
从地上飞往太空时，飞行途中有空气存在。此发动机在大气中飞行的期间通过吸人空气来燃烧燃料，当飞到没有空气的太空中则以搭载的液态氧为燃料。这样，所需要搭载的推进剂量可大幅减少。其原理与飞机用的发动机相同，但运作速度有相当大的差异。相对于飞机用的发动机最多只能到3马赫，太空运输机要能在最后离开大气层则必须加速到25马赫。因此，必须要有能在大气中尽可能加速到高速度的空气吸入式发动机。
梦寐以求的有人太空运输机——航天飞机
高效率的空气吸入式发动机如果能开发出来，单段式的“航天飞机”就有实现的可能。航天飞机和现在的飞机一样是从跑道以水平方式起飞，也在跑道水平降落，是“完全可重复使用型”的太空运输机。中心主任白水告诉我们现在航空航天技术研究所构思的航天飞机：“空气吸入式发动机中，有着像一般具有涡轮增压机的发动机，及以高速度运作的冲压发动机(scra mjet)。
日本那个‘希望’究竟还有没有希望？EXPRESS为什么做了一次试验就没再进行下去了？