关于航天飞机的争论:不用航天飞机是否可建设桁架空间站

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/27 21:51:06
<br /><br />这两天关于航天飞机的争论较多,其中谈到是否必须用航天飞机组装空间站的问题,个人认为在2000年左右不用航天飞机也可以建设桁架式空间站,简单谈谈个人构思,一定有问题,但基本没有不可克服的困难,供参考。 一、总体思路: 工程建设中常见的办法,所谓“小绳拉大绳”办法:即为了把一个很粗的绳子拉到位置,小拉小绳子,然后用小绳子牵引中绳子,最后由中绳子牵引大绳子。实际工程中用得很多,大型水电站建设、修筑铁路等都是如此。 二、具体过程 1.构建规模较小但可自持的模块空间站,这个是打前站的东西,确保宇航员可以在上面进行后续建设工作; 2.发射带有小机械的建设舱,该建设舱包含建设用的小机械臂和未来大机械臂的控制设备和安装基座; <br /><br />这两天关于航天飞机的争论较多,其中谈到是否必须用航天飞机组装空间站的问题,个人认为在2000年左右不用航天飞机也可以建设桁架式空间站,简单谈谈个人构思,一定有问题,但基本没有不可克服的困难,供参考。 一、总体思路: 工程建设中常见的办法,所谓“小绳拉大绳”办法:即为了把一个很粗的绳子拉到位置,小拉小绳子,然后用小绳子牵引中绳子,最后由中绳子牵引大绳子。实际工程中用得很多,大型水电站建设、修筑铁路等都是如此。 二、具体过程 1.构建规模较小但可自持的模块空间站,这个是打前站的东西,确保宇航员可以在上面进行后续建设工作; 2.发射带有小机械的建设舱,该建设舱包含建设用的小机械臂和未来大机械臂的控制设备和安装基座;


3.发射具有组装桁架能力的大机械臂,机械臂的运输可采用货用飞船,飞船连舱壁都不需要,直接装整流罩中就可以,当机械臂飞行并对接到建设舱后,就由建设舱小机械臂将其组装到位; 4.发射桁架并用大机械臂组装,桁架运输方法与运输机械臂相同,组装时采用类似钻井延伸的办法,即机械臂将桁架组装好后向外伸展,然后在再原来位置继续组装,这样避免大量移动机械臂。在桁架的设计上,预设导轨,方便今后可移动机械臂在桁架上搬运和固定太阳能电池帆板。 5.安装太阳能电池帆板,运输方法与机械臂和桁架相同,然后利用机械臂将其沿着桁架导轨运输到位置后安装并展开。 其实,说白了,打个比方,用航天飞机建设空间站的办法好比带有自吊功能的卡车,不光能把建筑材料运输到位置,还能把建筑材料安装到位置。

3.发射具有组装桁架能力的大机械臂,机械臂的运输可采用货用飞船,飞船连舱壁都不需要,直接装整流罩中就可以,当机械臂飞行并对接到建设舱后,就由建设舱小机械臂将其组装到位; 4.发射桁架并用大机械臂组装,桁架运输方法与运输机械臂相同,组装时采用类似钻井延伸的办法,即机械臂将桁架组装好后向外伸展,然后在再原来位置继续组装,这样避免大量移动机械臂。在桁架的设计上,预设导轨,方便今后可移动机械臂在桁架上搬运和固定太阳能电池帆板。 5.安装太阳能电池帆板,运输方法与机械臂和桁架相同,然后利用机械臂将其沿着桁架导轨运输到位置后安装并展开。 其实,说白了,打个比方,用航天飞机建设空间站的办法好比带有自吊功能的卡车,不光能把建筑材料运输到位置,还能把建筑材料安装到位置。


HTV有一个不小的非加压货舱,理论上可以携带桁架,搭建桁架式空间站,不过HTV本身就不大,所以桁架也不会多大就是了。
日本人构思过这个,我记得是2014年ISS退役时代日本人的想法,后来奥黑上台推迟到2020年退役这个也就废了。不过就算ISS2014年退役这个也只能是YY,JAXA的预算实在不足。

这个的规模是1个Kibo,外加1个HTV改的核心舱,加上1个HTV改的其他舱段和1艘HTV,再加上一艘ATV飞船。如果HTV质量不变,那么空间站总质量约70吨,加上ATV飞船90吨。和我们的2020年空间站基本一个规模,但是技术上要好一些,质量要略大一点。

HTV有一个不小的非加压货舱,理论上可以携带桁架,搭建桁架式空间站,不过HTV本身就不大,所以桁架也不会多大就是了。
日本人构思过这个,我记得是2014年ISS退役时代日本人的想法,后来奥黑上台推迟到2020年退役这个也就废了。不过就算ISS2014年退役这个也只能是YY,JAXA的预算实在不足。

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2011-7-23 14:30 上传


这个的规模是1个Kibo,外加1个HTV改的核心舱,加上1个HTV改的其他舱段和1艘HTV,再加上一艘ATV飞船。如果HTV质量不变,那么空间站总质量约70吨,加上ATV飞船90吨。和我们的2020年空间站基本一个规模,但是技术上要好一些,质量要略大一点。
关于这个问题,很好解决,有个经典的回答。
只要广大群众统一口径:大国为什么不能先解决地球上的问题,再去解决太空上的问题呢
HTV有一个不小的非加压货舱,理论上可以携带桁架,搭建桁架式空间站,不过HTV本身就不大,所以桁架也不会多 ...
HTV的设计是为了运输补给货物,不是为了运输建设货物,改成运输建设货物,并适当加大长度就可以运输大桁架。
打个比方,现在的HTV是箱式货车,适合运输散货,建设用飞船是平板车,适合运输大件。
有能源号
让暴风雪那个,不让他背航天飞机,让他背个大罐子就成了。
能源号建设空间站实在有点浪费,用运载能力在30—50吨的模块化火箭更合适,30吨构型用于运输空间站舱式和架构,50吨构型用于登月(空间对接后登月),达到减低研制费用和生产费用的目的。
再深入谈谈,不用航天飞机而用飞船建设空间站的费用到底如何,个人认为应该比航天飞机低,这个经济账目要多种方法来算:
1.研制成本
毫无疑问航天飞机研发成本高。
2.建设和发射成本。
多年的实践证明航天飞机的发射成本并不低,虽然航天飞机可以一次飞行可以执行多种任务,但是平均下来并不也没有显得有多大优势。个人认为更多是持平。
3.边际成本和收益
航天飞机的重复使用和需要人员造成其发射受各种条件影响很大,所以空间站建设周期大大加长,空间站的舱段也有寿命限制,所以等到空间站建设好后出现早式期舱式已经到寿命而后期还有没到寿的问题,使得整个收益与投入相比不够理想。而飞船建设方法可能压缩建设周期,从而有更好的投资收益。
对于外围的技术发展带动作用,这个就很难说了,或许航天飞机更大,但很难衡量。

为什么航天飞机最后不是理想的运载工具,个人认为当前的太空需求上与航天飞机能力不太匹配的缘故,首先是目前太空任务中没有多少需要携带大匹物资,如果有需要那么其飞行成本和收益就更好看一些。其次目前航天轨道范围很广,兼顾多任务并不容易,所以是成本不难以通过任务分摊,加上其重复使用的监测费用的问题,安全的问题,所以走向末路也就顺理成章了。
造衍架式干什么?
直接来N个天空实验室联合体岂不是更好。
天空实验室直径达到6米+
无论是宇航员的舒适度还是能搭载的大型实验设备 远不是4米直径的国际空间站可以比拟的
用某人的说法是 其实美国人自己2.用航天飞机的系统稍微改造一下 直接打载荷上去 哪里要现在那么复杂
国际空间站早就造好了。


对于没有机动能力的舱体和结构,如果不用航天飞机运输的话必须加机动货盘。否则就像往空间站扔了一堆板砖,没接到货还算幸运,拍脑门上那才叫惨。

运载火箭虽然现在入轨精度已经很精确了,但离精确把货送到家门口还有一定距离。即便是有这个能力也不好这么干,一点失误意味着空间站被强拆了。几米的差速、几十米的间距,都是一种无奈。先打的略靠下一点,然后靠货盘的机动能力精确调轨、接近和靠拢是比较现实的做法。

航天飞机就是一可复用的多功能机动货盘。不用航天飞机也可以,但货盘不能省,否则就是漫天扔建筑垃圾了。

估计一个25吨载重的机动货盘会有多重呢,花多少钱呢?


对于没有机动能力的舱体和结构,如果不用航天飞机运输的话必须加机动货盘。否则就像往空间站扔了一堆板砖,没接到货还算幸运,拍脑门上那才叫惨。

运载火箭虽然现在入轨精度已经很精确了,但离精确把货送到家门口还有一定距离。即便是有这个能力也不好这么干,一点失误意味着空间站被强拆了。几米的差速、几十米的间距,都是一种无奈。先打的略靠下一点,然后靠货盘的机动能力精确调轨、接近和靠拢是比较现实的做法。

航天飞机就是一可复用的多功能机动货盘。不用航天飞机也可以,但货盘不能省,否则就是漫天扔建筑垃圾了。

估计一个25吨载重的机动货盘会有多重呢,花多少钱呢?
20 顿的火箭应该够用。
对于没有机动能力的舱体和结构,如果不用航天飞机运输的话必须加机动货盘。否则就像往空间站扔了一堆板砖, ...
可参见当前欧洲和日本货运飞船,记得欧洲是20吨级别,比航天飞机的70吨级要小多了。
对于没有机动能力的舱体和结构,如果不用航天飞机运输的话必须加机动货盘。否则就像往空间站扔了一堆板砖, ...
可参见当前欧洲和日本货运飞船,记得欧洲是20吨级别,比航天飞机的70吨级要小多了。
对于没有机动能力的舱体和结构,如果不用航天飞机运输的话必须加机动货盘。否则就像往空间站扔了一堆板砖, ...
可参见当前欧洲和日本货运飞船,记得欧洲是20吨级别,不需要返航,没有机翼和防热结构,携带燃料和发动机都远小于航天飞机,比航天飞机的70吨级要小多了。
对于没有机动能力的舱体和结构,如果不用航天飞机运输的话必须加机动货盘。否则就像往空间站扔了一堆板砖, ...
另外一个思路:航天飞机去掉机翼、防热结构、生命保障系统和宇航员密封空间,去掉机械臂,去掉大推力氢氧发动机和管道,只留对接发动机、燃料、对接接口、控制机构,是不是比航天飞机简单很多,也一定便宜很多吧。
另外一个思路:航天飞机去掉机翼、防热结构、生命保障系统和宇航员密封空间,去掉机械臂,去掉大推力氢氧 ...
氢氧发动机不能去,驮轨道器的大罐子就是个燃烧箱,没有发动机,拿掉航天飞机的主发动机,就飞不起来了
和平2的方案中就有完全依靠火箭发射的桁架式结构
至于空间机动的问题,或许可以试试那个拖船的方法
miaomiaomiao 发表于 2011-7-23 16:51
对于没有机动能力的舱体和结构,如果不用航天飞机运输的话必须加机动货盘。否则就像往空间站扔了一堆板砖, ...
估计一个25吨载重的机动货盘会有多重呢,花多少钱呢?

国际空间站的桁架构件也就十几吨,不需要25吨载重。
参照ATV货运飞船,20吨(含载重),去掉货舱,结构重量还能轻不少。
http://lt.cjdby.net/thread-1067400-1-1.html
TSQ 发表于 2011-7-23 18:54
另外一个思路:航天飞机去掉机翼、防热结构、生命保障系统和宇航员密封空间,去掉机械臂,去掉大推力氢氧 ...
听人提起过shuttle-C,就是类似这个东西,航天飞机衍生的无人、一次性火箭,不过没有真正实施过。
http://en.wikipedia.org/wiki/Shuttle-C
把土星五号挖出来打一发,就可以把现在这个空间站所需的的所有桁架构材全部打上去了
再打一发......
美国人搞航天飞机,本来就是星战的一个部份!
没想到前苏联的暴风雪还没玩出来就让美国人玩死了,美国人接下来就不再玩星战;
不玩星战,没有足够的发射任务支持,航天飞机的成本当然就下不来了!
只需要设想一下,一架航夫飞机的造价其实并不是十分高。
如果美国人还要玩星战;
如果美国人真的要求建立一个星期升空一架次的航天飞机群;
......
这样航天飞机的研发成本就分摊下去了、航天飞机的造价也下去了、维护成本也下去了,......
......
所以,航天飞机之死,要怪,那就怪苏联人不争气吧!
H2SamHon 发表于 2011-7-24 01:09
只需要设想一下,一架航夫飞机的造价其实并不是十分高。
如果美国人还要玩星战;
如果美国人真的要求建立 ...
批量加大的话,一次性火箭的造价也会降低,你怎么有把握航天飞机的成本就有优势?
H2SamHon 发表于 2011-7-24 01:09
只需要设想一下,一架航夫飞机的造价其实并不是十分高。
如果美国人还要玩星战;
如果美国人真的要求建立 ...
航天飞机研发成本基本控制住了,关键是维护成本降不下来。推进系统、防热系统的检查是重中之重,其他系统也要全面检查。技术保证不了廉价高可靠性的维护,最后加上维护费用的发射费用比一次性运载火箭高得多,单就运载工具来说绝对是失败之作。
duanyao 发表于 2011-7-24 13:59
批量加大的话,一次性火箭的造价也会降低,你怎么有把握航天飞机的成本就有优势?
一次性火箭是100%用完即弃的,所以造价再低也有个极限;
航天飞机是大部份重复使用的,所以只要机群越大,成本就越低。
就打个比方,如果美国的波音747只造一架,而二战时的DC机全世界都在用,那么这一架波音747的成本也许就比其他DC机的总和还要高!
再打一个比方,你让几个研发人员开发一款游戏机,一个月试样出来了,这个样机也许一台就几十万元,但你要是让温州人和潮洲人去大批量生产,搞到全世界的小朋友都人手一部,那么那些游戏机也许就卖十元一台都有钱赚了!
这是成本控制的一个小常识。
lsquirrel 发表于 2011-7-24 14:11
航天飞机研发成本基本控制住了,关键是维护成本降不下来。推进系统、防热系统的检查是重中之重,其他系统 ...
你要是把思想定格在三架航天飞机的规模上就没法讨论了。
不妨试试换个角度想想,要是美国人真的玩星战,要是美国人真的要二十多架航天飞机一年执行五十多次飞行任务,二十多个航天飞机维护厂,根本就可以成为一个很大的行业,......
你要是搞过工业就知道,只要成行成市了,成本自然就下去了。
航天飞机的成本死就死在没市场。
H2SamHon 发表于 2011-7-24 22:34
一次性火箭是100%用完即弃的,所以造价再低也有个极限;
航天飞机是大部份重复使用的,所以只要机群越大 ...
批量生产降低造价的规律,与产品是不是一次性的有何关系?
就算有极限,极限在哪里,你确信能达到?以前听说汽车厂年产不到15万辆,成本就没有竞争力呢。

航天飞机的重复使用,使得制造的批量变小了,这恰恰不利于降低制造成本。
而重复使用所需的检查维护,需要大量的人力,而且是有经验的技术人员。即使机队规模扩大,检查维护工时也很难省下多少,因为这很难自动化。
身价8亿欧元 欧洲货运飞船明年飞往国际空间站
新华网巴黎7月14日电(记者 杨骏)欧洲航空防务与航天集团13日宣布将为国际空间站建造至少6艘无人货运飞船,预计第一艘飞船将于2005年飞赴国际空间站。

  据有关公报说,飞船名为ATV,名字来源于英文“自动货运飞船”的字母缩写。它将是一艘自动无人驾驶飞船,重量20吨,主要用于向国际空间 站运送燃料、氧气、水和宇航员需要阅读的书籍。此外,它还将被用来调整空间站的轨道,并用自身动力帮助空间站避免高度降低。
  按照计划,欧洲航天局届时将用欧洲阿丽亚纳5型火箭,从法属圭亚那库鲁航天发射中心将ATV飞船发射升空。首艘飞船造价将超过8亿欧元。
  另据法新社报道,俄罗斯航空航天局负责人科普捷夫曾表示,欧洲ATV货运飞船投入使用后将大大缓解俄罗斯“进步”号货运飞船频繁发射的压力,并缓和俄航天经费紧张的状况。
  自从2003年初美国“哥伦比亚”号航天飞机失事以来,向国际空间站运送物资和接送宇航员的重担一直由俄罗斯飞船承担。

一艘这个级别的货运飞船8亿欧元,那么一枚阿丽亚娜5火箭的发射费用是多少, 加起来是不是又人觉得很便宜, 另外这只是货运,那么还要再发射一枚火箭载着一艘载人飞船,这总和花费是多少?
H2SamHon 发表于 2011-7-24 22:42
你要是把思想定格在三架航天飞机的规模上就没法讨论了。
不妨试试换个角度想想,要是美国人真的玩星战, ...
就算老美铁了心玩星战,它的经济还扛得住不?
你说的情况即使在最疯狂的年代也有心无力。
H2SamHon 发表于 2011-7-24 01:09
只需要设想一下,一架航夫飞机的造价其实并不是十分高。
如果美国人还要玩星战;
如果美国人真的要求建立 ...
平均造价是可能下降,但维护成本会下降?
至于LZ的问题,既然卫星可以精确定点,那么没理由说其他载荷就没法定点
理论上讲,有“和风”那样能多次点火的上面级和卫星上的小型推进器就能实现这个目标
白云居士 发表于 2011-7-24 23:28
身价8亿欧元 欧洲货运飞船明年飞往国际空间站
新华网巴黎7月14日电(记者 杨骏)欧洲航空防务与航天集团13日 ...
第一艘肯定是特别贵的,后续的就不一定了
而且ATV可以长期挂在空间站上帮助空间站调整轨道,这个航天飞机行吗?
白云居士 发表于 2011-7-24 23:28
身价8亿欧元 欧洲货运飞船明年飞往国际空间站
新华网巴黎7月14日电(记者 杨骏)欧洲航空防务与航天集团13日 ...
你这是国内垃圾编辑乱写的,ATV项目初始研发费用6.61亿欧元,后来一涨再涨到了13亿欧元。
ATV制造发射全费用4亿欧元,最大载货量7.6吨,携带4.6吨推进剂用于空间站变轨。
TSQ 发表于 2011-7-23 18:54
另外一个思路:航天飞机去掉机翼、防热结构、生命保障系统和宇航员密封空间,去掉机械臂,去掉大推力氢氧 ...
这个方案是有的,但是带发动机,好像叫Space Shuttle——C计划。
白云居士 发表于 2011-7-24 23:28
身价8亿欧元 欧洲货运飞船明年飞往国际空间站
新华网巴黎7月14日电(记者 杨骏)欧洲航空防务与航天集团13日 ...
既然说到了ATV,那就看看ATV的一些较详细的资料(在网络上摘抄,有误差,但应该不是太离谱,尤其是关于费用方面,符合前面有人提到的13亿欧元的研制费用):
--------------------
“ATV全长约10.3米,最大直径约4.5米,由推进舱、电子设备舱和加压舱3部分构成。它的外部有4个“太阳翼”,每个“太阳翼”由4块太阳能电池板构成,翼展可达22米。其研发费用为13亿欧元,每艘造价4亿欧元,发射费用1亿美元,计划每隔12月在法属圭亚那库鲁航天中心发射一次。20吨重的ATV每次可将7.5吨的载荷送往ISS。ATV飞船具有先进的高精度导航能力,可在较少地面控制的情况下自动与国际空间站对接。ATV自身有四台主引擎(490牛顿),和28台调姿引擎(220 N),为完成提升国际空间站轨道,飞船共携带了4.7吨燃料。ATV-2 拥有生命维持系统,因此可由航天员进入货舱将载荷取出,同时也可作为ISS的一个临时舱段。
-------------------

上面可以看出,ATV的功能包括补给资源任务和维持空间站轨道任务,所以其设计还是挺复杂的,包括生命保障系统确保对接后人员能够进出运输物资,能够利用自身携带燃料和发动机推动空间站上升来维持轨道,要携带较多的燃料。即便如此,ATV的后续造价是每艘4亿欧元。众所周知国际金融的贬值和汇率问题,上述价格实际上折算到几年前或者航天飞机研制那个年代,其费用肯定比航天飞机要低很多。当前查到的航天飞机最后一架“奋进”号的价格是超过20亿美元,这应该是其在上世纪90年代,即1992年左右的价格,大家可以根据美元贬值的情况来看其到底多少钱。其共计飞行了24次,不算早期研发成本分摊,就制造价格分摊到每次发射,其成本应该也不低吧。而ATV的研制费用13亿如果分摊,只要发射次数超过13次,就显得更为划算。当然,ATV本身的作用和航天飞机不同,ATV能干的未必航天飞机可以干,所以上述对比未必科学,所以仅供参考。

然后看由ATV发展而来的建设货用飞船,由于这类货用飞船只考虑对接,不需要气密和生命维持系统,也不需要更多燃料和发动机来让空间站能够向上提升,其研制和造价费用一定会比ATV要低。从航天器的研制和制造费用上来看,发动机的费用占有很大一部分,而舱壁的那个壳子在总的费用中较低,由于发动机的减少和不需要提升空间站的燃料以及精确的控制系统,俺个人认为这样的货运飞船的造价大约在ATV价格的一半,如果算上批量生产,其造价应该更低。

至于人员问题,实际上在空间站早期建设是采用多舱式空间站,后期建设桁架,在桁架建设时航天员可以常驻空间站,就不会再每次都需要发射载人飞船,也就没有这个费用,或者说费用要分摊。

综上所述,个人认为采用货运飞船+机械臂的方式可以建设一个规模同等的国际空间站,而且在费用上比航天飞机应该低,包括把研制费用和发射费用都算进去。而由于其建设机制,反而其建设周期更短,整体的效费比会更高。
lsquirrel 发表于 2011-7-25 11:07
你这是国内垃圾编辑乱写的,ATV项目初始研发费用6.61亿欧元,后来一涨再涨到了13亿欧元。
ATV制造发射全 ...
ATV的推进剂重量好大啊。看来ATV才是国际空间站的下一个明星了。
lsquirrel 发表于 2011-7-25 11:07
你这是国内垃圾编辑乱写的,ATV项目初始研发费用6.61亿欧元,后来一涨再涨到了13亿欧元。
ATV制造发射全 ...
刚才去英文网站查了下,你这个数字是对的,但是对我的结论影响有限, 其它这类混合解决模式在成本上并没有想象中的优势。

TSQ 发表于 2011-7-25 18:29
既然说到了ATV,那就看看ATV的一些较详细的资料(在网络上摘抄,有误差,但应该不是太离谱,尤其是关于费 ...


第一,按照航天飞机24次发射来计算,每次的均摊成本也只有不到1亿美元, 并不会对这个成本造成根本性的变化。
第二,你过分高估了推力490牛顿这种外太空用的发动机的成本了吧, 还想缩减成本一半,太夸张了。
而且如果你想运送桁架等组件,或许不需要气密了,但是货仓的尺寸是否需要调整,大开口结构是否成本就低廉? 这些同样是未知之数。

至于说没有发射载人的费用就好笑了, 航天飞机运送桁架构件时,连人带货一起运上去,还带安装,三个事一起搞完,而且还能顺便把空间站的常驻人员都送去(实际上是四个事一起搞完)。  你却觉得只要不是这一次送上去的人,就可以不算费用?  更何况每次组装任务都有针对性的训练,你那常驻空间站的人怎么自学的?

TSQ 发表于 2011-7-25 18:29
既然说到了ATV,那就看看ATV的一些较详细的资料(在网络上摘抄,有误差,但应该不是太离谱,尤其是关于费 ...


第一,按照航天飞机24次发射来计算,每次的均摊成本也只有不到1亿美元, 并不会对这个成本造成根本性的变化。
第二,你过分高估了推力490牛顿这种外太空用的发动机的成本了吧, 还想缩减成本一半,太夸张了。
而且如果你想运送桁架等组件,或许不需要气密了,但是货仓的尺寸是否需要调整,大开口结构是否成本就低廉? 这些同样是未知之数。

至于说没有发射载人的费用就好笑了, 航天飞机运送桁架构件时,连人带货一起运上去,还带安装,三个事一起搞完,而且还能顺便把空间站的常驻人员都送去(实际上是四个事一起搞完)。  你却觉得只要不是这一次送上去的人,就可以不算费用?  更何况每次组装任务都有针对性的训练,你那常驻空间站的人怎么自学的?