接轨重型运载火箭衣钵 United States太空发射系统那样诞生

  图为SLS太空发射系统(来源:NASA)

如今要维持空间站运作,光是常驻空间站的航天员,每人每年就需要658千克食品、209千克服装和其他个人用品。运送1千克物品到空间站的费用为2.2万美元,这就差不多460万美元了。如果按照ISS设计的满载6-7人,那每年花费就上升至3000多万美元。

  没错,战神一号火箭的几乎所有的核心技术,都来自于航天飞机时代甚至更以前的遗产。之后的战神系列火箭也都如此,这能显著地降低研发周期,并且使用现有部件也能大大的降低成本。最终规划出的超级运载火箭为战神五号,原计划被用于携带猎户座飞船“重返月球”。但是很快,在新的财务规划里,战神五号也被取消。

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根据特朗普2月15日签署的拨款法案,2019年NASA将获得215亿美元的运作资金,维护ISS的资金占比超过1/10。放在世纪初,拿出这么多钱可能不算什么,但是NASA现在有60个新项目,他们要建新的韦伯太空望远镜,要开发“木卫二”探测器,“机遇号”宣布死亡后,NASA肯定要更精细地维护“好奇号”火星探测器,此外还有猎户座飞船研发、SLS火箭等探索工程,这些都是要花大钱的。

  2011年9月14日,美国国家航空航天局重新决定了新一代超重型火箭的计划。NASA副主管查尔斯·波尔顿表示:“当初我为能与航天飞机一起飞翔而骄傲,如今未来的探险者们则梦想有朝一日能在火星上漫步旅行。”

  在本世纪,对于小行星的探索、撞击、采样返回任务非常受各国航天机构的关注。而NASA的引力牵引机方案正是在月球轨道研究小行星的计划。

原本小编还以为,NASA宣布停掉ISS只是说说而已,毕竟几大航天大国不可能没有空间站。算完这笔账后才发现,这次可能是真的运作不下去了。

  从某种意义上,从土星五号到航天飞机,再到战神系列,再到最终的SLS太空发射系统,技术一代一代传承,可以说是美国航天一步一个脚印的结果。

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无……

  作者:矛隼工作室

  引力牵引机方案是使用小型飞船接近小行星,随后开始自转来获得广义相对论的空间效应,产生引力拖拽小行星的计划。NASA计划以此捕获一个超小型小行星并将其移动至月球轨道,随后依靠深空之门空间站对其展开研究,不过这一计划由于经费问题实质上可能已经下马。

至于这个火箭何时能上天,现在也没有明确消息。

  总而言之,太空发射系统接下了之前美国超重型火箭的衣钵传承,请大家拭目以待它在未来的表现吧。

  总体而言,国际太空站之后,新的空间站将如同雨后春笋一样大量的建设起来,世界航天也将进入一个新的时代。中国航天也要奋起直追,一同进入这伟大的新航天时代。

截至2月20日,《流浪地球》票房突破40亿,坐稳了中国影史票房第2的位置。作为国内全新一类电影——硬核科幻的开山之作,能有这个成绩,实属喜人。

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  很多的人或许认为从此之后,中国空间站将会成为唯一的太空站,但其实不是,那是因为美俄已经准备好了新的空间站计划——深空之门国际月球轨道空间站。

整体算下来,未来几年,ISS各方出资只能达到过去25年平均水平的2/3左右。

  星座计划是由战神系列火箭和猎户座飞船组成的方案。最初的战神一号运载火箭被用于发射猎户座飞船以完成国际太空站的乘员交换。而其设计也非常有趣,其一级火箭为一个五段固体火箭,来自于航天飞机的固体助推器。当然,这个助推器与航天飞机时代一样可以重新添加燃料并复用。

  图为毕格罗充气太空站的想象图(来源:百度图片)

欧盟更吝啬,他们去年6月公布的预算案显示,在2021-2027年6年间,航天经费只有160亿欧元,也就是每年27亿欧元不到。而在更早的2016年,欧盟曾提出,他们愿意为维持空间站运作到2024年支出8.07亿欧元——不是每年,是总共支出9.2亿美元。

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  作者:矛隼工作室

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  然而随着新世纪的到来,航天飞机退役,人类航天似乎又重新回到了一个黑暗的时代。许多评论家曾经信心满满的认为,航天飞机之后将会是无助推器的空天飞机甚至轨道电梯的时代,然而事实是,直到2018,人类不再能投送一个超过三十吨的物体进入轨道了。

  作为一个凝聚着多个国家技术合作的结晶,国际太空站总计花费了超过一千亿美元——这甚至超过了中国如此多年以来的总航天经费。而这样的经费让美国政府有点撑不住了,近日,特朗普表示将考虑终止国际太空站的经费供应,并将资金提供给火星计划和深空之门空间站。

然而,如今全球科研人员却面临着一个严重的问题——ISS老了。

  人类与上个世纪登上了月球,把人类重新定义为了“活跃在地月系中的物种”。之后的登月虽然停止,但是更精妙复杂的航天飞机又开始了自己的旅程。

  根据媒体报道,国际太空站将于2024年停止运行,在此之后,国际太空站就会因为没有动力系统并因空气阻力而逐渐降低轨道,最终坠入大气层。

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  美国在本世纪初有一个“星座计划”,而其核心将是把人类重新送上月球。

  监制:光明网科普事业部

而ISS的其他合作方,细数下来也出不了多少钱。比如,俄罗斯去年宣布,到2025年前总共在航天计划投入400亿美元,也就是每年57亿美元左右,其中只有3.3亿美元用于空间站,另外12%用于维持“格洛纳斯”导航系统,12%维护航天发射场,40%研发重型火箭。

  监制:光明网科普事业部

  深空之门月球轨道空间站将位于三十多万公里外的月球轨道上,而其除了肩负国际太空站的几乎所有任务之外,还要更多的涉及到小行星和月球的探索。

对于ISS达到设计寿命后的处理方式,美国政府去年初提出了一个非常资本主义的解决方法——将其私有化,私人承包,自负盈亏。

  第一个史无前例是最强的运载能力,后期版本的SLS太空发射系统的运载能力将超过土星五号。第二个则是完完全全使用液氢液氧发动机,这是燃料储存技术的发展的体现。而最后一点,在于其将帮助人类完成史无前例的壮举——包括月球轨道空间站和登上月球。

  图为深空之门空间站轨道对接的想象图(来源:NASA)

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  图为国际太空站(来源:NASA)

风水轮流转,如果2024年ISS真的退役,那么中国“天宫”空间站可能就是短期内全球唯一的太空科研平台了。

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未来空间站工程

  图为美国各种运载火箭的对比图,从左起为土星五号、航天飞机、战神一号、战神五号,最后一个是SLS运载火箭(来源:wiki)

  当然,深空之门并不是唯一的在轨空间站。

根据目前的规划,“天宫”建造将于2020-2025年间进行,预计在2022年前后建成。空间站轨道高度为400-450公里倾角42-43°,设计寿命10年,可容长期驻留3人,初期将建造3个舱段,包括1个核心舱和2个实验舱,每个规模20多吨,总重量60吨。

  SLS运载火箭的一级火箭是由航天飞机的燃料罐改进而来,这一个模块在之前经常被称之为“橙罐”。航天飞机上的橙罐仅仅作为一个燃料箱,其将把燃料输送进入航天飞机的发动机,本身没有任何推动能力。而在SLS身上,“橙罐”底部被改造以链接火箭的主推进系统(MPS),也就是底部的四台发动机,而顶端则被改装为级间结构。

  除此之外,Axiom
航天公司试图在国际空间站基础上建设自己的铝制外壳舱段,并随后建设自己的空间站,此公司将与Made
In Space合作探索在近地空间进行工业生产的可能性。

此外,像人员气闸舱、货物气闸舱、桁架外挂点、暴露平台、机械臂、舱外机器人这些设备,ISS有的,“天宫”都有。

  以最初版本的SLS运载火箭为例,其一级火箭使用的是四台航天飞机时代所留下的RS-25D/E液氢液氧发动机,并装备有两个航天飞机固态火箭。而SLS的二级火箭则是使用的RL10B-2上面级液氢液氧发动机,这是与德尔塔IV运载火箭上面级一样的发动机。

  SLS除了发射空间站结构舱段之外,还将发射猎户座飞船,这种飞船将是深空之门与地面的核心人员运送方式,也是人类从深空之门到月球的摆渡船。

从经济上看,私有化不是万能,不可能把30亿的维护成本一下子降下来,那么,一个商业实体运营空间站的唯一途径是依靠政府大量补贴。然而,这类补贴又可能涉及到利益输送之类敏感的政治话题,可行性不强。

  图为SLS运载火箭的版本计划(来源:NASA)

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值得注意的是,就连这个任务,都不知何年何月才能得偿所愿。一方面是开始得晚,今年才开始初期研究,投入资金5.04亿美元;另一方面是配套设施研发缓慢。

  而其二级火箭则使用了一台J-2X液体发动机,以液态氧和液态氢为燃料,这也是土星五号的发动机之一。

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