中國航天30年發展藍圖,腦洞大開雄偉異常!

今年是中國運載火箭事業發端60周年。11月16日,研製了長征系列運載火箭的中國航天科技集團下屬的運載火箭技術研究院發布《2017-2045航天運輸系統發展路線圖》。在這個路線圖中,諸如長征8號、重型運載火箭等一批新名詞赫然出現,引人遐想。更重要的是,這份路線圖不僅描繪了未來中國火箭的發展方向,而且通過火箭折射出未來中國太空探索事業發展的方向,許多曾經只能在科幻電影中暢想的神器,已經躍然紙上,正待變成現實。

征服太空,動力先行。人類的後背沒有長翅膀,卻自古有著飛天的夢想。要飛得高飛得遠,就必須掙脫地球引力,就要造出更新更強的火箭。因此,火箭是太空探索的絕對必要條件。火箭性能的強弱、先進程度,決定了太空探索的高度和距離。

從16日發布的路線圖的背後,可以看到未來30年中國太空探索大致分為近期、中期和遠期三個大的階段。

從近期來看,即從現在到2025的8年內,中國要實現月球無人考察;大型永久性空間站的部署;以及實現包括商業發射和太空旅遊等多重項目在內的航天商業化三大目標。前面兩個目標大家已經耳熟能詳,基本上就是過去和當下中國載人航天工程和探月工程的延伸,這兩項目標的達成有賴於長征5號和長征7號兩型新型火箭。

第三個目標,即航天商業化的實現,需要研製一種全新的中型低成本運載火箭——長征8號。

根據公開資料顯示,長征8號將替代現有的長征2號和長征4號運載火箭。長征8號將採用煤油和液氫等環保燃料,研製標準對接國際標準注重降低成本,主攻商業發射。長征8號的研製,預示著中國進軍國際商業衛星發射市場的決心,意圖通過高品質的火箭實現火箭發射的商業化可持續運行,從而把航天活動由純國家主導逐漸過渡到國家主導加商業運作的良性發展,從以往的不計成本逐步過渡到使航天發射成為一項可以帶來經濟收益的產業。

此外,在近期發展路線圖中,赫然出現了亞軌道運載器,讓人感到耳目一新。路線圖中提到,要利用亞軌道運載器實現太空旅遊,這和美國維京銀河公司正在研發當中的太空旅遊項目如出一轍。

所謂亞軌道運載器,是一種類似小型太空梭那樣的火箭飛機。這種飛機由火箭或者大型飛機帶到高空,然後依靠自身動力繼續向上衝刺,達到大氣層邊緣後,讓遊客體驗到幾分鐘的失重體驗,並且隔著舷窗觀賞到太空邊緣的壯麗景色,然後再入大氣層返航。由於整個飛行不進入環繞地球的軌道,所以叫做亞軌道飛行。目前維京銀河公司正在試飛其太空船2號亞軌道飛行器,還沒有進行商業載客飛行。

如果中國能夠按照路線圖如期研發出這種亞軌道運載器,將成為繼美國之後第二個研發類似飛行器的國家。不僅如此,亞軌道飛行器融合了火箭與飛機的技術於一身。要研製這樣的飛行器,只靠運載火箭技術研究院一家顯然是不行的。中國航天與航空工業需要打破部門界限進行深度融合,將各自特長進行充分互學互鑒才能成功。

運載火箭研究院在路線圖中提出了要研製這種飛行器絕非空穴來風,背後必然有航天、航空兩大體系的默契作為支撐。

從中期來看,到2030年前後載人登月將進入關鍵性實施階段,此外中國還將在這個時期發射可以從火星表面取樣返回的無人探測器。路線圖中提到了要在2030年實現重型運載火箭的首發。所謂重型運載火箭,指的是起飛重量在3000噸左右,近地球軌道運載能力超過100噸的巨型火箭。這樣的火箭在歷史上只有美國與前蘇聯研製過,而研製的目標就是載人登月。目前,美國正在研製新型的重型運載火箭太空發射系統(SLS),目標是載人登陸火星。而俄羅斯也有類似的計劃在醞釀中。重型火箭是載人登陸月球和火星必備的交通工具。路線圖中出現重型火箭的字樣,意味著中國載人登月計劃正在由理論驗證走向付諸實施。

在登上月球之後,下一個目標必然是火星。因為火星不僅是太陽系中距離地球最近的行星,同時也是與地球最為相似的行星。路線圖中的重型火箭,必然也將成為探測火星乃至載人登陸火星的交通工具。

根據路線圖的規劃,在實現了登月和探火之後,中國航天將研製全新的「未來一代運載火箭」。其中提到未來一代運載火箭將全部可重複使用,而且將採用先進動力。目前,美國太空探索公司已經實現火箭的部分可重複使用,俄羅斯和中國正在攻關。

要實現火箭的全部可重複使用,意味著火箭的形態要完全顛覆現有的概念,被設計成類似太空梭那樣的結構和外形。在完成任務後,火箭必須能夠完好地再入大氣層並且精準著陸。這一技術和前面提到的亞軌道運載器是一脈相承的。由此可見,中國航天希望以太空旅遊的亞軌道運載器為契機,突破運載工具的回收利用技術,進而研製出全部可重複使用的火箭。

此外,路線圖中還提到全新一代的火箭將採用「先進動力」,引人遐想。目前火箭最先進的動力是液氫液氧發動機。這一技術有望一直使用到重型運載火箭,也就是中國人登陸月球的2030年以後。而全新一代的運載火箭的先進動力是什麼?必然不再是液氫液氧發動機。是火箭發動機與衝壓式發動機的組合體?還是核動力發動機亦或是等離子體推進器?真的讓人萬分期待。

在遠期階段,路線圖指出,進出空間和空間運載的方式將出現「顛覆性的變革」!科幻即將照進現實,就發生在這一階段,時間在2040到2045年前後。核動力空間穿梭機、單級入軌運載器、天梯、地球車站、太空驛站等在科幻小說中的道具,赫然出現在了官方發表的文件裡面!

核動力空間穿梭機,將是以核反應堆產生能量,以等離子體發動機或者霍爾推進器為推進方式,在太陽系內的行星際間運行的交通工具。單級入軌運載器,將是比前面提到的「全新一代運載火箭」先進得多的飛行器。在那個時代,現如今被看作高大上的火箭將徹底成為被淘汰的古董。所謂單級入軌飛行器,將是一種集航空和航天飛行能力於一身,高度一體化的飛行器。它可以從類似機場的地方起飛,不需要任何塔架的輔助,也不需要攜帶巨量的燃料,迅速地穿越大氣層到達太空。返回的時候仍然是一個光亮如新的整體,而不像現在的飛船東拋西拋,上天時候是個龐然大物,回來時候只剩個被燒得發黑的小艙。

所謂天梯,有可能是從地面直通太空的太空電梯,人可以像坐電梯那樣坐在艙內,沿著由高強度納米材料製成的垂直軌道,筆直地升入太空。而地球車站和太空驛站,將會是部署在近地軌道以及星際空間的大型空間站。裡面具有完備的生活設施,為人們往來星際空間提供衣食住行的保障。

研製了這麼先進的設備,中國人要去向哪裡呢?路線圖中明確指出,目標是小行星採礦以及空間資源的開發。在2045年,中國人在實現了登陸月球、火星之後,還要登陸小行星,並且對小行星上的資源進行開發。太空採礦是一個龐大的系統工程,為此,中國將在近地軌道乃至太陽系內部署一系列的空間站。屆時,將會有中國人長期生活在太空里,成為那裡的常住居民!

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