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為何不搞回收?天舟二号再推遲,拉貨6.6噸相當于2艘貨運龍飛船

作者:Usun

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天舟二号貨運飛船的發射計劃曾遭兩次推遲,每次延期都有其特殊原因。首次推遲發射,原因在于發射台的噴淋裝置出現了問題。這裡的發射台非常寶貴,文昌僅有兩座發射台,不能輕易犧牲一座。然幸運的是,火箭本身并沒有問題,隻需排除發射故障就可以恢複發射。至于第二次推遲的原因,目前尚未公布,但在航天領域,推遲發射并不罕見,原因多種多樣,無需深究。

然而,不論其名氣如何,天舟二号貨運飛船都是一位實打實的重量級選手:其長度達到了10.6米,直徑達3.35米,最大發射品質高達13.5噸,相當于一輛中型貨車的重量。

為何不搞回收?天舟二号再推遲,拉貨6.6噸相當于2艘貨運龍飛船

天舟二号可以一次向空間站輸送6.64噸的補給物資,包括4.69噸的上行貨物和1.95噸的推進劑,總重接近最大重量的一半,是全球現役貨運飛船中運載能力最高的。它不僅僅能夠提供物資,還能夠為空間站提供燃料,其技術水準相當出色。特别值得一提的是,6.6噸的貨運能力,相當于俄羅斯進步M貨運飛船的3倍,或者是SpaceX貨運龍飛船的2倍。

而提到貨運龍飛船,它繼承了SpaceX公司一貫的風格,是目前全球唯一能夠回收并再次使用的貨運飛船。許多資料宣稱其上行貨運能力達到6噸,但實際情況要複雜得多。為實作回收,龍飛船将傳回艙和推進艙合二為一,形成一個倒錐形,同時具備隔熱燒蝕層,使其能夠以極高速度傳回大氣層,并借助降落傘在海面着陸。在倒錐形艙段的後部,還有一個圓柱形的非加壓貨艙,盡管外觀上占據飛船大部分體積,但隻能容納一些空間站零部件或衛星。這意味着龍飛船的補給品隻能裝在加壓貨艙中,最多裝載3.3噸,僅相當于天舟二号的一半。實際上,第一代龍飛船共進行了20次空間站補給任務,總共送去了43噸補給物資,平均每次隻有兩噸多,不到天舟二号任務的三分之一。相比之下,天舟飛船的貨艙是标準的圓柱形,寬敞且具備全密封、半密封和全開放三種構型,是以其實際貨運能力遠超過龍飛船。

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然而,回收能力為龍飛船帶來了獨特的優勢:不僅可以通過多次使用來降低成本,還能夠将2噸左右的物品從空間站送回地面,而不像其他貨運飛船那樣隻能在大氣層中燒毀。這為一些太空科研項目帶來了巨大的便利。與之相比,天舟飛船雖然上行貨運能力非常強大,但由于沒有考慮回收,一旦離開空間站後就會攜帶着下行的廢棄物在大氣層中燃燒。

由于天舟飛船的外形局限,未來也不太可能具備回收能力。然而,正如我們所知,不是每個航天器都需要回收。對于天舟飛船而言,從其任務的角度來看,回收并不是必須的。

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值得注意的是,回收一級火箭相對較容易,因為一級火箭與上面級分離時的速度和高度相對較低,通常在大約80公裡的高度分離,分離時的速度大約在1.6公裡/秒左右,然後由于慣性向上升至約160公裡才開始下降。在這種情況下,一級火箭在下降過程中與大氣層的摩擦相對較小,無需額外的隔熱瓦也不會燒毀。

然而,要回收二級火箭或飛船,如龍飛船,難度要大得多。因為飛船必須進入軌道,其速度接近第一宇宙速度,實際上大約在7.8公裡/秒左右,相當于步槍子彈的出膛速度的10倍以上。當飛船離開空間站并重新進入大氣層時,它的速度會使其如同一顆流星一樣,與大氣層發生劇烈的摩擦,必須經過

為何不搞回收?天舟二号再推遲,拉貨6.6噸相當于2艘貨運龍飛船

特定形狀設計以及隔熱燒蝕層的敷設,才能夠抵擋住這種高速下墜的熱量,否則會被大氣層燒成灰燼。

正因如此,龍飛船的設計采用了上細下粗的倒錐形,這造成了内部空間的縮小以及額外的重量,是以加壓貨艙的貨物載荷僅為天舟的一半。雖然後部的非加壓貨艙段也可以運送一些貨物,但由于無法承載補給品,其實際運載能力遠不及加壓貨艙。

如果将天舟飛船改裝成可回收的形式,理論上也是可行的。最簡單的方式就是将神舟載人飛船或新一代大型載人飛船進行改造。但這勢必會像龍飛船一樣,大幅減少内部空間和貨物載荷。如果要運送同等重量的物資和燃料,采用現有方案隻需一次發射,而改為可回收形式可能需要兩次發射,額外的發射成本不容忽視。此外,回收後的傳回艙需要進行維修維護,并重新搭配推進艙段才能再次使用。與不回收方案相比,哪個成本更低并不容易确定。

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有人可能會提出,盡管回收的成本可能不低,但能夠将空間站的貨物送回地面仍然具有重要意義。在貨運龍飛船出現之前,要實作物資下行隻能通過向載人飛船中添加更多物資來實作,效率相當低下且非常不便。幸運的是,大陸空間站已經考慮到了這一點,除了主要用于上行任務的天舟貨運飛船外,還專門設計了一種柔性充氣式貨物傳回艙,可以以較低的成本實作空間站貨物的下行。

這種柔性傳回艙類似于充氣的大盾牌,利用氣囊等結構來分散再入大氣層時産生的熱量,與傳統的飛船傳回艙相比,大大降低了成本。2020年,大陸長征5号B首次飛行時,除了搭載載人飛船試驗艙外,還搭載了一個實驗性的充氣式貨物傳回艙。遺憾的是,該試驗并未成功,充氣傳回艙在傳回過程中燒毀。然而,這一理念本身是非常合理的,一旦在未來進行成功的試驗,将大大緩解空間站貨物下行的壓力。

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通過天舟貨運飛船和柔性充氣式貨物傳回艙,大陸空間站可以在不必使用可回收貨運飛船的前提下,實作空間站的補給和維護。這将為中國航天帶來更具特色的創新道路,而不僅僅是簡單地複制其他國家的做法。

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