人类探索其它星球的“倍速快进”器
说起探索火星等其它星球,大家可能会想起最近名声鹊起的美国SpaceX星舰巨型火箭。根据SpaceX老板马斯克的说法,这款火箭的终极目标是在火星上建立起功能完善、自给自足的城市,使人类成为多星球物种。
来源:SpaceX
星舰已经代表目前乃至未来10年甚至更长时间人类火箭的最高水平,但作为以甲烷和氧气为燃料的航天器,其性能也受限于化学反应能量“羸弱”的天花板。以从地球前往火星为例,航天器只能在每26个月出现一次、地球和火星位置满足“霍曼转移轨道”要求的窗口出发,否则将会在途中浪费大量燃料,导致有效载荷急剧降低,失去实用价值;与此类似,返程也须等待窗口时刻。地球和火星之间往返一趟的时间,长达数年。
核能发动机则通过核反应产生的高温加速气体(例如氢气)产生推力,或由高温发电后再利用电场喷射燃料。前者就是王浩泽论文提及的核热发动机,而后者则是核电发动机。两者难度差别不算太大,且优势互补。核热发动机推力充足、爆发力强,适合时间敏感的人员运输任务;核电发动机相对“温柔”,但燃料利用效率高,适合大宗货物运输。
无论推力、速度还是燃料利用率等关键指标,核能发动机都是碾压化学能发动机的存在。据测算,使用核能发动机的航天器,最短90天左右即可完成地球和火星之间的往返,这个时间甚至只有我国空间站乘组执勤时长一半。
人类早在上世纪60年代就意识到核能航天发动机的巨大优势并开展一定探索,但由于当时核物理、材料、控制、电子、辐射管理、防护、空间科学以及工程等方面水平有限,没有修成正果;而如今再启动相关研究,条件已经更加成熟。
一方面是上述学科都取得了重大进步,另一方面,也得益于以商业航天为代表的新生产关系和生产力出现,大幅降低了进入太空开展相关科研、试验、建造和运营的成本。毕竟基于安全和建造难度等方面考虑,建造和运营核动力航天器的“太空港”最好设置在太空中,人员和货物依旧通过传统化学能航天器完成天地摆渡。因此,大运力、低成本的商业化传统火箭虽然性能被核动力航天器“吊打”,但依旧是不可或缺的共生产品。
说起商业航天,神舟十九号任务发布会的另一条消息值得关注。这代表了我国扶持商业航天非常直接、非常接地气的举措。
培育我国商业航天有生力量
发布会透露:为进一步降低中国空间站上行货物运输成本,增强上行货物运输灵活性,探索发展商业航天模式,去年我们(载人航天办公室)发布了空间站低成本货物运输系统总体方案征集公告,并从10家方案中优选出4家进入方案详细设计阶段。
经过第二轮择优,最终中国科学院微小卫星创新研究院(以下简称“中科院”)的轻舟货运飞船方案和中国航空工业集团成都飞机设计研究所(以下简称“成飞”)的昊龙货运航天飞机方案胜出,获得工程飞行验证阶段合同。
1. 入围者有机会获得丰厚但不铺张的拨款;
2. 资金按双方约定的几十个节点,完成一个发放一笔;
3. 研究成果归入围者所有,且可用于其它盈利,但入围者须按约定为NASA提供若干次服务(演示);
4. NASA后续可追加采购。
来源 | 科工力量
作者 | 高天伟
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