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载人火箭发展的趋势是什么?
来源:《中国载人航天科普丛书·通天神箭》     日期:2012年05月17日    字体:【】【】【
   20世纪末,航天界有识之士曾提出今后火箭应该贯彻低成本、无污染、大推力3条原则同时兼顾经济效益,这得到了各国航天界的赞同。秉承这一思想,作为载人运输工具,重视和强调可靠性、安全性、先进性及经济性成为现在及今后载人火箭设计不变的指导思想。

  (1) 低成本

  发射一次性载人火箭,发射费用动辄上亿美元,这让未来相对频繁的空间活动压力不小。因此研制成本较低、可重复利用,可快速发射,具备较大乘载能力,能够进行较长时间飞行的天地往返运输系统将是未来载人航天发展的一个大趋势,如部分重复使用载人火箭和完全重复使用载人火箭。部分重复使用载人火箭是指关键组件在发射后可以采用弹道式气动减速装置(或反推火箭)着陆或带翼自主返回地面,经检修和试验后可重复使用,而其他部件则在空中被抛掉的航天运输工具,如美国的航天飞机。但最终发展趋势应该是完全重复使用载人火箭——不仅可以降低运载器的硬件成本,并能将人员与设备送返地面,从而大大减少地面操作与设备,显著降低地面操作费用,提高发射频率。

  (2) 无污染

  开发具有无污染推进剂的火箭,毋庸置疑是载人火箭发展的必然趋势。液氢/液氧以及煤油/液氧等作为推进剂已成为当前火箭的主流,而对未来清洁、高效推进方式在火箭中的应用,人们则展开了丰富的想象,并进行了部分可行性研究,如借助太阳能、激光等推动火箭。

  设想中的激光推进火箭是一种利用高能激光来加热工作气体并使气体热膨胀产生推力的方式,突出优点是不需携带燃料。通过地面上的强激光发生器,将强激光束射向火箭发动机的喷管,使那里的气体在骤然之间被加热到几千度的高温,气体压力急剧升高到几百个大气压,发生微型爆炸,产生的冲击波以超声速迎着激光束扩散,一方面产生反作用力,另一方面阻隔激光束,使激光失去作用。冲击波过后,激光束恢复作用,产生新的冲击波。如此形成激光脉冲和冲击波,由此产生的反作用力形成强大的火箭推力,将航天器送入太空。穿越大气层后,只需少量工作物质即可工作。采用激光推进,不仅降低了火箭的污染度,而且提高了有效载荷的携带能力,大大降低了发射费用。

  (3) 大推力

  载人火箭目前可携带的有效载荷一般为10吨级,最大不超过50吨级,推力的限制对飞行速度、飞行目的地甚至发射时间都产生了较大影响。为此,推力问题成为载人火箭需要解决的一个大问题。除研制重型载人火箭采用大直径芯级、大推力无毒推进剂发动机来增加火箭推力及运载能力外,不少人都曾设想能突破化学能推进的限制,转而借助其他方式来推动火箭,如采用核能推进甚至反物质推进等来实现火箭速度、性能的突破。

  当然,加大推力,提高运载能力还有一个比较可行的途径,即通过空间交会对接技术,将火箭的不同部段先后发射到某一轨道,然后进行组装,火箭组装好后再进行点火发射。由于可以受到较小的地球引力影响,这种方式相应提高了火箭推力,在一定程度上增加了火箭运送载荷的能力及飞行距离。

  浩瀚宇宙,深不可测。我们有理由相信,随着科学技术的不断发展,拥有先进性能的未来载人火箭必将成为一种普通的星际交通手段。人类凭借载人火箭在月球上建造活动基地,在火星上建立移民区,建造大型空间站、空间太阳能电站,开展太空旅游,开发太空稀有资源必将成为现实。
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