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中国航天30年发展蓝图,脑洞大开雄伟异常!

今年是中国运载火箭事业发端60周年。11月16日,研制了长征系列运载火箭的中国航天科技集团下属的运载火箭技术研究院发布《2017-2045航天运输系统发展路线图》。在这个路线图中,诸如长征8号、重型运载火箭等一批新名词赫然出现,引人遐想。更重要的是,这份路线图不仅描绘了未来中国火箭的发展方向,而且通过火箭折射出未来中国太空探索事业发展的方向,许多曾经只能在科幻电影中畅想的神器,已经跃然纸上,正待变成现实。

征服太空,动力先行。人类的后背没有长翅膀,却自古有着飞天的梦想。要飞得高飞得远,就必须挣脱地球引力,就要造出更新更强的火箭。因此,火箭是太空探索的绝对必要条件。火箭性能的强弱、先进程度,决定了太空探索的高度和距离。

从16日发布的路线图的背后,可以看到未来30年中国太空探索大致分为近期、中期和远期三个大的阶段。

从近期来看,即从现在到2025的8年内,中国要实现月球无人考察;大型永久性空间站的部署;以及实现包括商业发射和太空旅游等多重项目在内的航天商业化三大目标。前面两个目标大家已经耳熟能详,基本上就是过去和当下中国载人航天工程和探月工程的延伸,这两项目标的达成有赖于长征5号和长征7号两型新型火箭。

第三个目标,即航天商业化的实现,需要研制一种全新的中型低成本运载火箭--长征8号。

根据公开资料显示,长征8号将替代现有的长征2号和长征4号运载火箭。长征8号将采用煤油和液氢等环保燃料,研制标准对接国际标准注重降低成本,主攻商业发射。长征8号的研制,预示着中国进军国际商业卫星发射市场的决心,意图通过高品质的火箭实现火箭发射的商业化可持续运行,从而把航天活动由纯国家主导逐渐过渡到国家主导加商业运作的良性发展,从以往的不计成本逐步过渡到使航天发射成为一项可以带来经济收益的产业。

此外,在近期发展路线图中,赫然出现了亚轨道运载器,让人感到耳目一新。路线图中提到,要利用亚轨道运载器实现太空旅游,这和美国维京银河公司正在研发当中的太空旅游项目如出一辙。

所谓亚轨道运载器,是一种类似小型航天飞机那样的火箭飞机。这种飞机由火箭或者大型飞机带到高空,然后依靠自身动力继续向上冲刺,达到大气层边缘后,让游客体验到几分钟的失重体验,并且隔着舷窗观赏到太空边缘的壮丽景色,然后再入大气层返航。由于整个飞行不进入环绕地球的轨道,所以叫做亚轨道飞行。目前维京银河公司正在试飞其太空船2号亚轨道飞行器,还没有进行商业载客飞行。

如果中国能够按照路线图如期研发出这种亚轨道运载器,将成为继美国之后第二个研发类似飞行器的国家。不仅如此,亚轨道飞行器融合了火箭与飞机的技术于一身。要研制这样的飞行器,只靠运载火箭技术研究院一家显然是不行的。中国航天与航空工业需要打破部门界限进行深度融合,将各自特长进行充分互学互鉴才能成功。

运载火箭研究院在路线图中提出了要研制这种飞行器绝非空穴来风,背后必然有航天、航空两大体系的默契作为支撑。

从中期来看,到2030年前后载人登月将进入关键性实施阶段,此外中国还将在这个时期发射可以从火星表面取样返回的无人探测器。路线图中提到了要在2030年实现重型运载火箭的首发。所谓重型运载火箭,指的是起飞重量在3000吨左右,近地球轨道运载能力超过100吨的巨型火箭。这样的火箭在历史上只有美国与前苏联研制过,而研制的目标就是载人登月。目前,美国正在研制新型的重型运载火箭太空发射系统(SLS),目标是载人登陆火星。而俄罗斯也有类似的计划在酝酿中。重型火箭是载人登陆月球和火星必备的交通工具。路线图中出现重型火箭的字样,意味着中国载人登月计划正在由理论验证走向付诸实施。

在登上月球之后,下一个目标必然是火星。因为火星不仅是太阳系中距离地球最近的行星,同时也是与地球最为相似的行星。路线图中的重型火箭,必然也将成为探测火星乃至载人登陆火星的交通工具。

根据路线图的规划,在实现了登月和探火之后,中国航天将研制全新的“未来一代运载火箭”。其中提到未来一代运载火箭将全部可重复使用,而且将采用先进动力。目前,美国太空探索公司已经实现火箭的部分可重复使用,俄罗斯和中国正在攻关。

要实现火箭的全部可重复使用,意味着火箭的形态要完全颠覆现有的概念,被设计成类似航天飞机那样的结构和外形。在完成任务后,火箭必须能够完好地再入大气层并且精准着陆。这一技术和前面提到的亚轨道运载器是一脉相承的。由此可见,中国航天希望以太空旅游的亚轨道运载器为契机,突破运载工具的回收利用技术,进而研制出全部可重复使用的火箭。

此外,路线图中还提到全新一代的火箭将采用“先进动力”,引人遐想。目前火箭最先进的动力是液氢液氧发动机。这一技术有望一直使用到重型运载火箭,也就是中国人登陆月球的2030年以后。而全新一代的运载火箭的先进动力是什么?必然不再是液氢液氧发动机。是火箭发动机与冲压式发动机的组合体?还是核动力发动机亦或是等离子体推进器?真的让人万分期待。

在远期阶段,路线图指出,进出空间和空间运载的方式将出现“颠覆性的变革”!科幻即将照进现实,就发生在这一阶段,时间在2040到2045年前后。核动力空间穿梭机、单级入轨运载器、天梯、地球车站、太空驿站等在科幻小说中的道具,赫然出现在了官方发表的文件里面!

核动力空间穿梭机,将是以核反应堆产生能量,以等离子体发动机或者霍尔推进器为推进方式,在太阳系内的行星际间运行的交通工具。单级入轨运载器,将是比前面提到的“全新一代运载火箭”先进得多的飞行器。在那个时代,现如今被看作高大上的火箭将彻底成为被淘汰的古董。所谓单级入轨飞行器,将是一种集航空和航天飞行能力于一身,高度一体化的飞行器。它可以从类似机场的地方起飞,不需要任何塔架的辅助,也不需要携带巨量的燃料,迅速地穿越大气层到达太空。返回的时候仍然是一个光亮如新的整体,而不像现在的飞船东抛西抛,上天时候是个庞然大物,回来时候只剩个被烧得发黑的小舱。

所谓天梯,有可能是从地面直通太空的太空电梯,人可以像坐电梯那样坐在舱内,沿着由高强度纳米材料制成的垂直轨道,笔直地升入太空。而地球车站和太空驿站,将会是部署在近地轨道以及星际空间的大型空间站。里面具有完备的生活设施,为人们往来星际空间提供衣食住行的保障。

研制了这么先进的设备,中国人要去向哪里呢?路线图中明确指出,目标是小行星采矿以及空间资源的开发。在2045年,中国人在实现了登陆月球、火星之后,还要登陆小行星,并且对小行星上的资源进行开发。太空采矿是一个庞大的系统工程,为此,中国将在近地轨道乃至太阳系内部署一系列的空间站。届时,将会有中国人长期生活在太空里,成为那里的常住居民!

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