欧洲版本的阿里安X“中间运力型火箭”载人登月工程设想

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 03:54:50
欧洲航天工业向欧空局提交太空探索方案

(2008/09/11)  
    【据《国际飞行》杂志2008年9月4日报道】 欧洲航天工业向欧空局提交太空探索参考体系建议书。欧洲航天工业建议,结合轨道设施、月球和火星着陆器,和一枚可将50吨载荷送入低地球轨道的火箭共同构成欧空局的太空探索参考体系。
    7月7-8日,欧空局召开了太空探索体系评审会。会上,欧洲航天工业确定了设想的细节,这一设想将有助于欧洲太空探索战略计划。此外,还详细确定了欧空局将在11月向成员国部长提交的建议。
    通过近两年的发展,太空探索体系获得一种阶段式方法,从后国际空间站乘员LEO科学前哨,到机器人月球、火星任务,再到可承受的载人登月活动,以及最终的宇航员火星登陆。这一体系在上半年6月发布的NASA-ESA太空探索体系比较评审报告中进行了详细描述。
    一、运载火箭
    欧洲太空体系的载人任务的活动概念需要50吨火箭的多次LEO发射,可能采用EADS Astrium公司“阿里安”-5火箭的未来改进型号,该火箭将携带6台固体火箭助推器和两台Vinci发动机上面级。在执行月球任务时,这种“阿里安”-X火箭将进行三次发射,分别将月球着陆器及其地面出发段(EDS)送入轨道,还将为载人飞船发射第二个EDS。着陆器将与其EDS在地球轨道对接,随后进入位于低月球轨道(LLO)的月球太空站(LSS)。载人飞船将搭乘第四枚火箭(未定)发射,它同样与其EDS对接,随后将进入LSS,乘员将转移到着陆器进行月表降落。
    二、着陆器
    这份比较体系报告认为欧洲着陆器是一个重大贡献。EADS Astrium公司和泰利斯阿莱尼亚宇航公司都进行了着陆器设计,泰利斯公司的“中型着陆器”是形似一个水平圆柱,重9.3吨,中心区域长9.5米,宽4米,最大载荷量可达1340千克。它利用4台1800磅推力的Snecma主发动机和16台1645磅推力的助推器可运行15天。所有的发动机都是挤压式发动机,并且都使用一甲基肼和混合的氮氧化物。该着陆器夜间热量的需求高达100瓦,可能将考虑再生燃料电池和放射性热电发动机。泰利斯公司计划在2014年进行着陆器的地面验证,之后进行限度测试,登月活动将不早于2016年。
    Astrium公司X着陆器的研发概念是一个可一直用到ExoMars火星登陆和火星样本返回(MRS)的设计。公司计划在2011年前利用直升机进行降落试验,2014年执行ExoMars任务,2016年首次登月,并在2022年执行MSR任务。执行降落试验的着陆器重500千克,将验证精确的着陆系统。Astrium公司机器人着陆器和月球爬升载具需要10,600磅的推力,载人着陆载具需要约15,700磅的推力。
    三、月球太空站(LSS)
    泰利斯公司的LSS建议案是一个重29吨的空间站,计划于2024年运行。它由一个重14.6吨,类似自动转移飞行器的服务舱,和一个重14.4吨,携带机械臂的ISS节点舱组成。比较体系报告中将其描绘为,如果NASA的“猎户座”乘员探索飞行器与这个LSS对接,并依赖其推动,月球表面的乘员轮换周期将增加到6个月以上。
    当月表居留舱出现问题或乘员感染疾病,抑或出现重大的太阳风和宇宙辐射活动,或欧空局-俄罗斯的乘员太空运输系统(CSTS)出现故障时,这个LSS还可用作安全港。这个LSS位于极轨时,允许月球极地前哨乘员随时进入,月表其他位置的宇航员每14天可进入一次。通过这个LSS,每两周可返回一次地球。
    其他LSS任务还包括一个燃料加注站,用于为任何时间返回的轨道和朝向地球的轨道(航天器)提供额外的推进剂。NASA计划向“猎户座”提供低温推进剂,Astrium公司的建议是利用易储存的火箭自燃燃料和氧化剂通过LSS为CSTS加注燃料。Astrium公司还表示CSTS将搭乘乌克兰Yuzhnoye设计局的“天顶”型火箭于2018年从俄罗斯的新发射场“东方港”发射。
    在这些参考的太空探索体系建议中,CSTS技术研发项目可能在11月的部长级会议上成为第一个政府支持的试验。 (曲佳 侯丹)欧洲航天工业向欧空局提交太空探索方案

(2008/09/11)  
    【据《国际飞行》杂志2008年9月4日报道】 欧洲航天工业向欧空局提交太空探索参考体系建议书。欧洲航天工业建议,结合轨道设施、月球和火星着陆器,和一枚可将50吨载荷送入低地球轨道的火箭共同构成欧空局的太空探索参考体系。
    7月7-8日,欧空局召开了太空探索体系评审会。会上,欧洲航天工业确定了设想的细节,这一设想将有助于欧洲太空探索战略计划。此外,还详细确定了欧空局将在11月向成员国部长提交的建议。
    通过近两年的发展,太空探索体系获得一种阶段式方法,从后国际空间站乘员LEO科学前哨,到机器人月球、火星任务,再到可承受的载人登月活动,以及最终的宇航员火星登陆。这一体系在上半年6月发布的NASA-ESA太空探索体系比较评审报告中进行了详细描述。
    一、运载火箭
    欧洲太空体系的载人任务的活动概念需要50吨火箭的多次LEO发射,可能采用EADS Astrium公司“阿里安”-5火箭的未来改进型号,该火箭将携带6台固体火箭助推器和两台Vinci发动机上面级。在执行月球任务时,这种“阿里安”-X火箭将进行三次发射,分别将月球着陆器及其地面出发段(EDS)送入轨道,还将为载人飞船发射第二个EDS。着陆器将与其EDS在地球轨道对接,随后进入位于低月球轨道(LLO)的月球太空站(LSS)。载人飞船将搭乘第四枚火箭(未定)发射,它同样与其EDS对接,随后将进入LSS,乘员将转移到着陆器进行月表降落。
    二、着陆器
    这份比较体系报告认为欧洲着陆器是一个重大贡献。EADS Astrium公司和泰利斯阿莱尼亚宇航公司都进行了着陆器设计,泰利斯公司的“中型着陆器”是形似一个水平圆柱,重9.3吨,中心区域长9.5米,宽4米,最大载荷量可达1340千克。它利用4台1800磅推力的Snecma主发动机和16台1645磅推力的助推器可运行15天。所有的发动机都是挤压式发动机,并且都使用一甲基肼和混合的氮氧化物。该着陆器夜间热量的需求高达100瓦,可能将考虑再生燃料电池和放射性热电发动机。泰利斯公司计划在2014年进行着陆器的地面验证,之后进行限度测试,登月活动将不早于2016年。
    Astrium公司X着陆器的研发概念是一个可一直用到ExoMars火星登陆和火星样本返回(MRS)的设计。公司计划在2011年前利用直升机进行降落试验,2014年执行ExoMars任务,2016年首次登月,并在2022年执行MSR任务。执行降落试验的着陆器重500千克,将验证精确的着陆系统。Astrium公司机器人着陆器和月球爬升载具需要10,600磅的推力,载人着陆载具需要约15,700磅的推力。
    三、月球太空站(LSS)
    泰利斯公司的LSS建议案是一个重29吨的空间站,计划于2024年运行。它由一个重14.6吨,类似自动转移飞行器的服务舱,和一个重14.4吨,携带机械臂的ISS节点舱组成。比较体系报告中将其描绘为,如果NASA的“猎户座”乘员探索飞行器与这个LSS对接,并依赖其推动,月球表面的乘员轮换周期将增加到6个月以上。
    当月表居留舱出现问题或乘员感染疾病,抑或出现重大的太阳风和宇宙辐射活动,或欧空局-俄罗斯的乘员太空运输系统(CSTS)出现故障时,这个LSS还可用作安全港。这个LSS位于极轨时,允许月球极地前哨乘员随时进入,月表其他位置的宇航员每14天可进入一次。通过这个LSS,每两周可返回一次地球。
    其他LSS任务还包括一个燃料加注站,用于为任何时间返回的轨道和朝向地球的轨道(航天器)提供额外的推进剂。NASA计划向“猎户座”提供低温推进剂,Astrium公司的建议是利用易储存的火箭自燃燃料和氧化剂通过LSS为CSTS加注燃料。Astrium公司还表示CSTS将搭乘乌克兰Yuzhnoye设计局的“天顶”型火箭于2018年从俄罗斯的新发射场“东方港”发射。
    在这些参考的太空探索体系建议中,CSTS技术研发项目可能在11月的部长级会议上成为第一个政府支持的试验。 (曲佳 侯丹)
火箭推力不足,又不想冒险研制巨型火箭,都走中间运力型火箭的路子,因此无论是欧洲还是中国未来的载人登月工程设想,在具体方案上都大同小异。
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原帖由 高凉陈君CT 于 2008-11-27 11:37 发表
这是网络上关于欧洲阿里安X中间运力型火箭的部分资料,计划利用5台火神2氢氧发动机研制直径10至12米主芯级,再捆绑4枚或者6枚固体助推器,LEO能力最大可达80吨。大家不妨搜索下图片来分析下,这个东东指明了未来中国升级长征五号火箭的研制发展方向。
其实欧洲佬对载人登月工程也是有自已的计划设想的,更不是无动于衷。

你是不是还想把固推换成液发啊?
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载人登月的经济与意愿问题是成正比关系的,在目前载人飞行已经越来越热的今天,大国间经济状态越好的国家现时就越有勇气敢干跨过资金这道“门坎”上马载人登月工程。但如果有办法找到其它更为经济的实施载人登月工程的办法,那么大国间只使经济状态不好的国家由于实施载人登月工程的经济负担能够大幅度地降低下来,金钱压力并不沉重,那么也是会放胆上马载人登月工程的。而就目前人类的火箭技术而言,以中间运力型火箭为发射平台,采用月球轨道对接方案实施载人登月工程在经济上无疑要更为合算,技术压力与风险也更低。
这几年间,无论是中国还是欧洲,俄罗斯,中国,设想采用中间运力型火箭实施载人登月工程的方案已经越来越多了,这未尝不是一种“趋势”!
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登月不是说运力足够就可以的。每增加一次发射、增加一次对接、增加一个EDS,就意味着更高的复杂性、更高的费用和更低的可靠性,距离Loss of mission也就更进了一步。想想苏联为什么要搞巨无霸N1?
如果完成一次apollo式的登月任务需要四次发射,两次LEO对接,两次LLO对接,一次出错则任务失败,这还不包括LSS本身(如果在LLO组装的话估计需要四次发射,两次LEO对接和一次LLO对接),只能祝ESA好运了
阿里安X火箭最大型号的LEO运载能力高达80吨,一箭就完全足够将美国星座级别的载人飞船打入绕月轨道了,两次地面发射,一次月球轨道对接就足以完成一次阿波罗式载人登月飞行任务。
当然,如果未来欧洲是基于俄罗斯三人版的联盟飞船平台开发月球版本的载人飞船的话,这样的飞船最重不过15,18吨而已,只使是LEO运载能力50吨左右的火箭也能一箭射入绕月轨道。但是如果欧洲非要搞个星座级别的载人飞船,却又不愿意开发LEO达80吨的阿里安X火箭,而是基于LEO50吨的火箭平台来实施载人登月工程,那么实施一次阿波罗式飞行要进行4次地面发射,两次地球轨道对接与一次月球轨道对接就是无可避免的了。
The ArianeX 1st stage needs four EAP solid boosters and up to five Vulcain-2 liquid engines, with a larger (10-12 mt. diameter) main tank, the 2nd stage may use one (modified) Vulcain-2 (or a better engine); the max ArianeX payload to LEO (and for a "moon-direct" launch) must be around 80 mT.
欧洲是完全有能力开发LEO达80吨的阿里安火箭的,两枚这种级别的火箭足以将160吨的载荷送入地球轨道,而一枚土星五的运载能力可要远远低于160吨。因此两枚LEO80吨级别的阿里安X火箭完全可以完成一次阿波罗式载人登月飞行。条件就是必段要采用月球轨道对接方案。而月球轨道对接方案可是我一直以来所大力提倡扩荐的。
要在月球建立前哨站,那就需要一个Altair(45吨)级别的40吨以上的着陆器。登月器和EDS分开发射的话,需要LEO50吨的火箭,一起发射的话则需要LEO100吨的火箭,换言之,你需要一枚土星V
reusable "European Landing Module"意味着暴露在宇宙射线中10年以上、期间需要经历20次以上着陆起飞时月尘的洗礼却不需要任何维护,要实现这一点恐怕需要真正的天顶星科技了
呵呵,没看到你后面的发言。如果要登月的话,ArianeX 是必需的,只是。。。
战神V:2 SRB+5-6 RS-68B,10米芯级
ArianeX :4-6SRB+5 Vulcain-2,10米芯级
除了燃料消耗的少(相对单枚火箭而言),似乎没有其他优势,而一个LEO80吨的火箭只能携带30-35吨级的登月器+EDS,这就意味着只能发射较小的舱段
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登月飞船在目前技术下最经济的设计方法是由长征五分3次发射,飞船设计成3个模块,推进段,货运段,登陆段,发射时这3段都不载人,在太空中完成对接后与我们的空间站会合对接。宇航员进入登月飞船。。。。完成登月任务后飞船再与我们的空间站会合对接航天员返回太空站,由太空站上的返回舱返回地球,登月飞船暂时停靠在太空站,再补充必要的零件和燃料后可以继续进行登月任务。
原帖由 高凉陈君CT 于 2008-11-27 16:37 发表
美国有钱又有技术就搞个大型的载人登月工程。而欧洲,中国,日本,俄罗斯与印度没那么多钱,技术也不如美国强大;那么就搞个“缩水版本”的小型载人登月工程,甚至可以将整个载人登月工程拆分为几大任务段,分几十年 ...

可是这样兄弟,我们自己也得烧钱啊,你不心疼?用在这个50年还没有见到任何效益的地方
支持一下[:a15:]
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二十一世纪早期岁月注定是中间运力型火箭戏主角的时代。其年发射频率将是战神五之类巨型火箭的几倍以上,原因就在于玩得起巨型火箭的国家极少,但玩起中间运力型火箭国家却不少。
因此我在前面一系列评论中一再强调指出目前长五5米直径方案所存在的重大缺点,那就是运载能力相对过低,已经不能再适应新时期的空间事业发展需要。
事实上中国的长五重型火箭相较于欧洲的阿里安五,日本的H2火箭出世的时间最晚(晚十多年之久);更重要的是长五重型火箭的构想基础完全是基于二十世纪八九十年代的空间发射市场需求任务来规划设计,其具体的参照物是质子,大力神四与阿里安五。如今面对人类载人重返月球的新热潮,目前LEO运载能力最高只有20多吨的长五重型火箭注定就是一出世就已经是“过时”的产物,这不能不说是中国火箭工业的大悲剧。

事实上LEO25吨,GTO12吨的运载能力的使用率极为有限。执行载人登月工程无能为力;发射单颗重型通讯卫星(指东四,东五平台等)运载能力又过剩,而且与3。35米直径版本存在运力重叠,经济运营性更差;搞一箭多颗重型卫星风险又极大,失败一次十年都无法翻过身来。至于发射空间站舱段平台,与其走俄罗斯和平号的路子,20 多吨的舱段一个一个地拼“积木”,倒不如走美国当年天空实验室的路子,使用LEO能力达40多吨的中间运力火箭直接将一个空间站一次性发射上太空来得更方便,更快捷,只使要走积木式空间站路子,由于舱段平台重达40吨左右,组建一个和平号级别的空间站所需要的发射对接次数也大为缩小,经济成本与成功可靠性也会更高。
我打赌不会有登月的新热潮。

另外,长5项目下的YF-100和YF-77在手,发展LEO50吨以上的火箭又有什么太大的障碍呢?
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高先生,你也太急躁了,按中国的功底,如果发动机搞定了,那两台还是四台都是没问题的,应该没有什么障碍。不过这个YF77似乎有点麻烦,不是有个这方面的华裔科学家被美国佬给判了么?
凡事都要打足够长远的提前量,更何况是国家投资了几十亿美元所开发的长五重型火箭?!我实在搞不明白长五重型版本火箭出来的时间要远远迟于欧洲的阿里安五,日本的H2火箭。到今天欧洲与日本在应对载人登月工程时就已经实实在在地面临火箭运力的瓶颈问题了,因此欧洲工业内部目前就已经计划研制LEO达50吨的阿里安X火箭了(而日本也搞出了H2B升级版火箭,但在应对载人登月工程上运力还是不足,更大型的H2系列火箭的研制迟早也要搞,因此日本政府搞H2B也是“看着脚趾头走路”的产物,何不下定决心,一了百了搞个四芯或者五芯版本的H2火箭?!)。
而中国出世那么晚的长五重型火箭为何不一开始就利用四台YF100煤油发动机或者四台YF77氢氧发动机研制火箭的主芯级呢?!难道说非要到日后再来一次“临时抱佛脚”的多余重复建设之举?!
长五重型火箭没有YF77也一样研制得出来,最好立即上马YF100煤油发动机四芯或者五芯版本的长五重型火箭;好让日后能够做到长五主芯级“五十年不变”,要改变运力就捆绑不同数量的助推器。这样更能节省火箭的经济运营成本与维持火箭的质量稳定性,火箭的主芯级从来就不应改来改去。
长五没有YF77当然搞得出来,可能实现不了1级半的方案,但2级+助推器是肯定是实现现有的运力范围的。
但是长五不用YF77的话,我们的YF77就没有了。
没有了50吨氢氧机的技术积累,我们以后也难造出大火箭适合的第二级来。
搞台第二级还用液氧煤油的大型火箭的话,难道我们要来个小型版的N1?
4台YF77推力增加不大,起飞重量没法显著增加,然后燃烧时间少一倍,本来可以1级半入轨的平白无故得再搞第二级,反成浪费。
4台YF100呢,5米芯级还得再加长一点,不然被4台YF100烧,似乎要比助推器都先熄火了。
然后燃烧时间还是不够长,1级半搞不定,又得加第二级。运力能高一半吧,火箭个子也高了一半。
长5是小型化的能源号,等我们有了RD-120、RD-170、RD-180这三种级别的发动机。
再结合长5积累的模块化设计经验。
外加,引进8助推器方案。
那么就可以做出一个只有3种芯级,覆盖4吨~170吨的火箭方案。
还不美死你。
长-5还没法和能源比,要是能把3.35的两台发动机并成一台还差不多…………
用8个助推(芯级为四台YF-77),LEO怕是也就80吨的样子…………
顺便,对欧洲人的计划,大家看看就好,他们永远是计划赶不上变化的…………
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还有一点,即使是土星5运力打上去得阿波罗飞船,现在看起来科研价值也很有限。
因为时间比较短,同行的设备比较少。
我觉得,并没有比一个准备充足的无人探月设施起到更大的作用,没有体现出载人的意义来。
不想白白花钱,就要能携带更多的设备能驻留更长的时间,才能体现出载人登月的意义。
对于中国来说,想要在月球上驻留足够长的时间,那么我们先在空间站上做孤立环境人类长期生存的科学研究,应该是必经之路。那么,我们太早掌握登月力量也是没有意义的。

一边我们通过载人3期工程积累孤立环境长期生活的经验
一边我们通过探月3期进行优化选址,给登月积累数据
一边我们掌握火箭模块化设计构想,同时研发更大级别的氢氧机

长征5号直接给这第3方面提供积累,并且给前2方面提供服务。
原帖由 百臂巨人 于 2008-11-29 22:10 发表

是这样的
长征5这个方案
把2米段升级到3米段,使用一台400吨级的液氧煤油
把3米段升级到5米段,使用一台700吨级的液氧煤油
5米段升级到8米段,使用两台200吨级氢氧(能源号用4台,但是考虑长5的比例,用2台才是 ...

不知YF77进度如何?个人感觉低温火箭研制难度太大,仅仅是研发50吨级液氢液氧发动机就困难重重(从公开报道来看,YF77至今仅通过200s长程试车),长5的5米芯级2014年首飞恐怕会非常困难[:a10:] [:a10:] [:a10:]
高先生四芯版加四大助推器长五火箭就是现在二芯版加六大助推器火箭,.后者芯级不须高空点火,又为50吨氢氧发动机派上用场.火箭高度大为降低.要搞巨型火箭必须搞更大推力发动机.
4台YF100呢,5米芯级还得再加长一点,不然被4台YF100烧,似乎要比助推器都先熄火了。
...................
这个倒是多虑了
同样长度的情况下,5米的芯级容量顶得上5个2.25米的助推
而长5助推器的长度是25米左右,芯级远比这个长,不存在不够YF100烧的问题
[:a15:] 现在TG搞二芯版低温主级+4常温大助推器的长五火箭,可能是,万一将来大推力常温发动机迟迟搞不出来又买不到,就在现有长五火箭上再加两大助推器。用两三枚该型火箭实施登月。如果大推力发动机搞出来了,就会研制更大的下面级,再把长五低温芯级装上去,登月一枚火箭足矣。
原帖由 cmj9808 于 2008-11-27 15:48 发表
登月不是说运力足够就可以的。每增加一次发射、增加一次对接、增加一个EDS,就意味着更高的复杂性、更高的费用和更低的可靠性,距离Loss of mission也就更进了一步。想想苏联为什么要搞巨无霸N1?
如果完成一次apol ...

做什么事都要多次选则,没有什么事可以说不经过验证就有100%出来的。
研制超级火箭费用惊人,大到不无法想象,对比于对接技术,我估计要容易很多,
所以多次对接是最好的登月方法。
超级火箭是必经之路
除非花那么多钱,和超级火箭比起来绝对不会少的钱,只打算留个脚印铲俩铲土插个旗子。
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