中國可重複使用試驗太空飛行器成功發射，這又是項什麼黑科技

2020-09-04 鷹鴿分析


五十多年前，蘇聯航天員加加林完成人類歷史上第一次載人航天飛行，人類開始將探索的觸手伸向外太空領域，同步開啟了一個載人航天全新的科研領域，並取得了輝煌的成就。

從載人航天飛行到國際空間站的建立，隨著各國航空強國對載人航天的深入探索，行動規模的擴大化、滯留時間大幅增加，高昂的發射成本成為制約載人航天任務大規模發展的主要阻礙因素。同時伴隨商業資本開始介入到載人航天領域，低成本運營成為太空飛行器發展的一個必然方向。

正是在這種需求背景下，可重複使用太空飛行器（RLV）得到各航空強國的重視，並推出一系列的產品，諸如美國的X-37B空天飛機、天龍座載人飛船以及俄羅斯的「PPTS」可重複使用載人飛船等知名產品。

9月4日根據央視發布的消息，我國使用長徵-2F型運載火箭成功將國產第一型可重複使用試驗太空飛行器成功送入預定軌道，將在預定軌道運行一段時間後返回國內預定著陸場。

標誌著我國在低成本運營的可重複使用太空飛行器這一全新的技術領域邁上一個新臺階，對未來我國太空任務探索以及載人航天發展具有重大歷史性意義。目前，該可重複使用太空飛行器尚處於技術試驗和技術驗證階段。

鑑於官方並沒有過多的披露該太空飛行器的技術參數以及此次試驗的圖頻資料，對於該新型太空飛行器的類型也無法做更多直白的分析，但是綜合當前國際上可重複使用太空飛行器總體發展現狀，絕大部分人也能猜出個大概。

通俗點講，可重複使用太空飛行器主要是指可重複使用，能夠自由往返地球和外太空以及部分能較長時間在軌停留、機動和完成各類運載任務的太空飛行器。大致有載人飛船、貨運飛船、推進飛行器、行星著陸器以及空天飛機等幾大類。

這裡理解的時候需要特別注意，此前的一些載人飛船雖然具備往返地球和外太空的能力，但大多數並不具備重複使用能力，因此這種載人飛船並不是可重複使用太空飛行器，這種技術最核心的在於「可重複使用」五個字上。

可重複使用太空飛行器按照可重複使用的程度主要劃分為部件級可重複使用太空飛行器和系統級可重複使用太空飛行器兩大類。

簡單點理解就是，部件級的可重複使用太空飛行器在完成一次往返飛行任務後，其需要對部分部件進行更換，方能進行下一次的飛行任務；而系統級的則無需再更換部件，只需進行相關的技術檢測或簡易維修之後，即可遂行下一次飛行任務。目前，美俄兩國大都集中在系統級可重複使用太空飛行器技術研究。

前邊我們講了，可重複使用太空飛行器的發展初始誘因是發射頻率增加和低成本運營之間的矛盾導致的，通過實現可回收重複使用技術應用來降低發射成本。

一般國際上以太空飛行器研製成本+產品成本x太空飛行器數量模型來計算航天任務成本，在提出可重複使用太空飛行器之後這一計算模型變更為：全壽命周期使用成本=研製成本+產品成本x太空飛行器數量+重複使用成本（發射次數-太空飛行器數量）。

我們以國際空間站全壽命周期為十年，貨運飛船八個月補給一次，載人飛船六個月補給一次為基礎數據對比計算一下整個成本。

此國際空間站全壽命在周期內貨用飛船和載人飛船的發射次數為35次，假設不可重複使用和可重複使用兩種太空飛行器的研製成本、產品成本相同，那麼太空飛行器的數量就成為對比兩種方式成本的關鍵所在。由於可重複使用太空飛行器通過重複使用後能夠極大的降低使用太空飛行器的數量，刨除重複使用的成本後，整個國際空間站全壽命周期使用的成本也遠低於傳統太空飛行器。

通過上面兩張圖，我們可以清晰的看出，空間站任務飛船成本與可重複使用次數之間的關係，可重複使用次數越多，空間站全壽命周期飛船成本和月球基地全壽命周期太空飛行器成本就越低，低成本運營的優勢就彰顯出來了。

這也可以看作是為什麼要發展可重複使用太空飛行器的根本原因，對於一個國家和平利用太空資源具有重大意義。

可重複使用太空飛行器技術原理看似簡單，無外乎就是實現了太空飛行器的二次利用，將其從一次性產品轉變為可重複使用產品。但是在現實研發中非航天強國所不能企及，也就是說沒有強大的技術和資金作為支持的話，根本無法研製相關的產品。

下面我們簡單的解釋一下為什麼可重複使用太空飛行器的研發門檻那麼高。

可重複使用太空飛行器是一個系統工程，其核心的可重複使用技術涵括了總體和研設計和驗證技術、可重複使用動力技術、結構和材料技術以及無損回收技術四大核心技術。

我們都知道，太空飛行器的總體設計是決定太空飛行器先進性、研製難度和研發成本的關鍵所在，沒有完善的技術理論和人才隊伍，設計一款先進的太空飛行器從最開始的入門階段就已宣告結束，因為設計工作是一款太空飛行器能否研發的第一步，也直接決定其後續的技術狀態以及發展前景。

解決了總體設計問題之後，第二步就是可重複使用的動力問題。由於太空飛行器飛行任務的特殊性，其動力系統多為一次性的，主要是受到減損與延壽技術、高效熱防護技術等技術限制，需要在發動機關鍵部件延壽、發動機推力室冷卻結構及材料傳熱、低溫高壓大範圍流量無級調控等關鍵技術上取得突破和技術積累。

為了提高太空飛行器的可重複使用次數，需要重點對太空飛行器關鍵部位的結構抗衝擊能力以及返回部分的熱防護能力進行針對性的優化，如果材料和結構領域解決不了，太空飛行器可能在返回大氣層後就無法再滿足下一步的循環使用，美國哥倫比亞號太空梭的悲劇依舊記憶猶新。

最後一項關鍵技術就是無損回收技術。今年五月，我國進行了柔性充氣式貨物返回艙技術驗證，雖然結果出來一些小差錯，但這就是無損回收技術的一種。當前國際上主流的幾種無損回收技術主要有反推發動機減速技術、氣囊緩衝技術和著陸腿緩衝技術三大類，美國的天龍座和俄羅斯的PPTS都使用的是第一種大推力火箭反推減速技術。

隨著我國第一種可重複使用試驗太空飛行器發射成功，標誌著我國在該領域取得重大突破，中國國際空間站項目正在穩步推進中，相信在不遠的將來將為我國和平利用太空發揮出重大作用。

參考資料：

[1].李志傑.果琳麗.張柏楠.戚發軔.可重複使用太空飛行器任務應用與關鍵技術研究[J]載人航天.2016.10

相關焦點

  • 我國可重複使用試驗太空飛行器成功發射，杜文龍：美國的獨家壟斷沒了
    ，我國採用「長徵二號F」運載火箭，成功地發射了一種可重複使用的試驗太空飛行器。在軌道運行一段時間後，試驗太空飛行器返回國內預定著陸場，並將按計劃進行可重複使用的技術驗證，為和平利用太空提供技術支持。此次是「長徵二號F」運載火箭第14次發射任務。
  • 我國成功發射可重複使用試驗太空飛行器，網友：中國版的X-37B
    近日，我國官方媒體發布的一則新聞叫眾人看了拍手叫好，不少網友紛紛表示，感到驕傲和自豪，而卻叫印度人看了十分感嘆，這到底是怎樣一則新聞呢？據報導，我國於9月4日在酒泉衛星發射中心，利用長徵二號F運載火箭成功發射一型可重複使用的試驗太空飛行器，這是長徵二號F運載火箭第14次執行發射任務。
  • 我國可重複使用試驗太空飛行器成功發射
    9月4日，我國在酒泉衛星發射中心，利用長徵二號F運載火箭，成功發射一型可重複使用的試驗太空飛行器。根據規劃，試驗太空飛行器將在軌運行一段時間後，返回國內預定著陸場，期間將按計劃開展可重複使用技術驗證，為和平利用太空提供技術支撐。長徵二號F火箭是由四個液體助推器、芯一級火箭、芯二級火箭、整流罩、逃逸塔（發射空間站時則無）組成，全長58.34米，是我國目前最長的火箭。從1999年11月20日首次發射，至今是其第14次執行發射任務，在此前13次任務中成功率達100%。
  • 低調，我國成功發射可重複使用試驗太空飛行器，又一航天大殺器誕生
    9月4日的中國航天科技集團官方微信公眾號，有這麼一則報導：「9月4日，我國在酒泉衛星發射中心，利用長徵二號F運載火箭，成功發射一型可重複使用的試驗太空飛行器。試驗太空飛行器將在軌運行一段時間後，返回國內預定著陸場，期間，將按計劃開展可重複使用技術驗證，為和平利用太空提供技術支撐。
  • 圓滿成功! 中國可重複使用試驗太空飛行器順利著陸
    9 月 4 日，在酒泉衛星發射中心，我國利用長徵二號F運載火箭成功發射了一型可重複使用的試驗太空飛行器。這也是長徵二號F運載火箭第 14 次執行發射任務。 1999 年 11 月 20 日首飛至今先後發射了神舟一號至神舟十一號飛船、天宮一號目標飛行器、天宮二號空間實驗室，將 11 名太空人送上太空，成功率100%。
  • 中國成功發射可重複使用太空飛行器，低調背後的黑科技，究竟是個啥？
    據報導，我國剛剛在酒泉衛星發射中心用長徵二號F運載火箭，成功發射一種可重複使用的試驗太空飛行器。這一消息立即引發了廣泛關注，軍備君簡單分析一下這種神秘的可重複使用的太空飛行器究竟是啥！這是一種專為載人航天設計改進型長徵二號火箭，雖然運力不是長徵家族最強的，但卻是最可靠的，航天員安全性指標達到0.997。從1999年以來，長二F先後執行了14次發射任務，將神舟一號至神舟十一號飛船和天宮一號、二號空間實驗室，以及11名太空人送上太空，成功率達到100％。因此，推測這次發射的太空飛行器應當是高價值飛行器，而且試驗驗證的技術非常重要，飛行器應該也具備載人能力。
  • 昨日中國成功發射可重複使用試驗太空飛行器，究竟是何神器
    昨天新華社發出消息，我國4日在酒泉衛星發射中心，利用長徵二號F運載火箭，成功發射一型可重複使用的試驗太空飛行器。試驗太空飛行器將在軌運行一段時間後，返回國內預定著陸場，期間，將按計劃開展可重複使用技術驗證，為和平利用太空提供技術支撐。寥寥不過百字，無圖、無視頻，無細節，眾多網友齊呼字少事兒大。那麼可重複使用試驗太空飛行器究竟適合神器呢？
  • 中國首飛成功的「可重複使用試驗太空飛行器」，到底是什麼？
    就在最近，我國航天領域完成了一項了不起的航天項目，我國成功通過運載火箭將一款可重複使用的太空飛行器送入太空，後續太空飛行器還完成了返回地球的動作。這是我國航天史上一個新的裡程碑，那麼這款可重複使用的太空飛行器究竟是什麼呢？
  • 我國成功發射可重複使用試驗太空飛行器
    人民日報9月4日下午發布消息稱：我國4日在酒泉衛星發射中心，利用長徵二號F運載火箭，成功發射一型可重複使用的試驗太空飛行器，這一任務的完成，將會給我國的航天事業帶來質的飛躍。據悉，這次太空飛行器成功的在軌運行後，將先穩定飛行一段時間，隨後再返回我國內陸預定的著陸基地，進而實現太空飛行器的重複利用
  • 我國成功發射可重複使用試驗太空飛行器，有怎樣的意義？
    我國4日在酒泉衛星發射中心，利用長徵二號F運載火箭，成功發射一型可重複使用的試驗太空飛行器。試驗太空飛行器將在軌運行一段時間後，返回國內預定著陸場，期間，將按計劃開展可重複使用技術驗證，為和平利用太空提供技術支撐。這個成果意義重大，標誌著我國在可復用航天運載器（RLV）領域走出了關鍵性的一步。
  • 中國成功發射可重複使用試驗太空飛行器，衛星行業發展現狀如何？
    可重複使用試驗太空飛行器發射9月4日，我國在酒泉衛星發射中心，利用長徵二號F運載火箭，成功發射一型可重複使用的試驗太空飛行器。根據規劃，試驗太空飛行器將在軌運行一段時間後，返回國內預定著陸場，期間將按計劃開展可重複使用技術驗證，為和平利用太空提供技術支撐。
  • 中國冠絕全球航天發射榜！剛剛，可重複使用太空飛行器成功發射
    周五（9月4日）下午，中國航天領域又傳來一大好消息。據央視新聞報導，中國已經成功發射了可重複使用的試驗太空飛行器。報導稱，9月4日我國在酒泉衛星發射中心，利用長徵二號F運載火箭，成功發射了一型可重複使用的試驗太空飛行器。
  • 可重複使用太空飛行器的成功發射，是我國航天技術中另闢蹊徑？
    9月4日，我國在酒泉衛星發射中心，利用長徵二號F運載火箭，成功發射一型可重複使用的試驗太空飛行器。按照計劃，試驗太空飛行器將在軌運行一段時間後，返回國內預定著陸場，期間，將按計劃開展可重複使用技術驗證。，而是從最初的火箭成功發射到如今的強調可重複利用火箭的發射及研製、可重複使用宇宙飛船等的再次成功使用等等，從一次性的火箭及太空飛行器轉變為追求發展可重複使用的太空飛行器了，這是航天科技的一大進步。
  • 我國可重複使用試驗太空飛行器發射成功！這一技術，再也不是美國專利
    important}據新華社9月4日報導，我國酒泉衛星發射中心4日執行了一項重大任務：我國利用長徵二號F運載火箭，成功發射了一可重複使用的試驗太空飛行器。可重複使用的太空飛行器是航天領域的一項前沿技術，在此之前，只有美國擁有發射可重複使用太空飛行器的能力。因此，中國試驗成功後，將徹底打破美國在該技術方面的壟斷地位。
  • 中國成功發射可重複使用試驗太空飛行器，我國航天技術的重大突破
    過去，我們大部分人都認為火箭就只能夠一次性使用，在發射完成以後便意味著火箭壽命的終結。不過，如今科技飛速發展，一次性火箭已經跟不上時代潮流，新的航天技術趨勢是太空飛行器的可回收重複利用，我們不只是要讓火箭能夠成功發射上天，還要強調的是太空飛行器重複使用。值得高興的是，在重複利用太空飛行器技術上我國已經取得了重大的突破，如今已經成功的將可重複使用的實驗太空飛行器順利升空。
  • 我國可重複使用試驗太空飛行器成功著陸
    據新華社，我國在酒泉衛星發射中心成功發射的可重複使用太空飛行器，這次試驗的圓滿成功，標誌著我國可重複使用太空飛行器技術研究取得重要突破，後續可為和平利用太空提供更加便捷、廉價的往返方式。熱烈祝賀我國可重複使用試驗太空飛行器成功著陸！
  • 中國成功發射可重複使用太空飛行器，新型空天飛機或已揭開面紗？
    圖為中國試驗太空飛行器想像圖近日，據媒體報導，繼火星計劃之後，中國又在太空完成一偉大成就，可重複使用太空飛行器的成功發射引得鄰國俄羅斯看了都十分羨慕，與此同時也引發俄媒體猜測，中國成功發射可重複使用太空飛行器，新型空天飛機或已揭開面紗？
  • 外媒關注中國發射「可重複使用試驗太空飛行器」:保密程度高於常規
    據美國《太空新聞》網站9月4日報導，中國秘密發射「可重複使用的試驗太空飛行器」。文章稱，在進行了數月的低調準備之後，中國在本周五（9月4日）發射了一架實驗性的可重複使用的太空飛行器。一枚長徵2F運載火箭將該飛船送入了軌道。
  • 中國首飛成功的「可重複使用試驗太空飛行器」，到底是個啥東西？
    幾天前，中國航天傳來了一個不大不小的消息，那就是我們成功使用運載火箭，將一款可以重複使用的太空飛行器送進了太空，並且成功返回。這無疑是一個新的裡程碑，但許多人不知道，這個「可重複使用試驗太空飛行器」究竟是什麼。今天我們就來分析一下。
  • 中國發射可重複使用太空飛行器 或測試空天飛機？
    據新華社6日報導，中國在酒泉衛星發射中心成功發射的可重複使用太空飛行器，在軌飛行兩天後，於6日成功返回預定著陸場。報導稱，這次試驗的成功，標誌著中國可重複使用太空飛行器技術研究取得重要突破，後續可為和平利用太空提供更加便捷、廉價的往返方式。儘管中國官方並沒有提供這次航天發射的更多細節，但外界紛紛猜測「中國可能已成功測試新型空天飛機」。