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重鹰火箭真的能担起发射猎户座飞船的重任?

 ZHAOJINGZHOUA 2021-12-21
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重鹰能否担纲发射猎户座飞船的重任?

答案是肯定的。

其实,看看SLS发射任务列表就知道:SLS只负责将猎户座飞船、服务舱、临时低温推进阶段(ICPS)送到157公里高度的近地轨道,之后猎户座独立运作奔向月球。猎户座飞船+服务舱的总重量约为26吨(5.7万磅),而ICPS本身重量约为30吨(6.6万磅)。因此理论上说,任何能够将56吨(12.5万磅)有效载荷送入近地轨道的运载火箭都能胜任,从而代替SLS。

作为全球现役最强火箭——重鹰火箭近地轨道运力63.8吨,很显然已经超出56吨运力范围。需要重新设计制造一款新的整流罩,来封装这么大的登月飞船。

更进一步考量的话,如果删掉又重又大又不可复用的临时低温推进阶段(ICPS),将这部分推进阶段转嫁到重鹰本身还会胜任吗?

SpaceX目前没有公布月球转移轨道LTO运力数据,却给出重鹰火箭GTO运力26.7吨(5.89万磅)以及火星转移轨道运力16.8吨(3.7万磅),这意味着猎鹰重型火箭有能力把猎户座飞船和服务舱送入GTO。

尽管还不能送入月球转移轨道LTO,但也不是太远。只需要将航天器的加速度从2.5公里/秒提高到3.2公里/秒,就可以实现从GTO进入LTO。

这增加的700米/秒又从哪儿来?

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显然可以来自猎户座。因为根据设计要求,猎户座服务舱能够提供1.8公里/秒的加速度。理论上说,完全有能力增加700米/秒的加速度,让整个猎户座插入月球转移轨道。

但深入考虑下,这样一来又可能造成推进剂消耗,无法保证猎户座接下来的操作:减速进入月球轨道,最终不能返回地球,怎么办?

解决方案并不复杂:让猎户座飞船绕着月球背面转一圈,利用月球引力弹弓效应,实现飞船返航。这种飞行路线其实早在阿波罗13任务中就曾被当作应急方案使用过,验证过。

顺便说一下,NASA钦点的SLS Block 2既有载人版(TLI运力>43吨),又有货运版(TLI运力>46吨),计划2028年前后使用;今年2月初NASA公布:采用重鹰发射深空门初始组件,以取代Block 1B货运版(TLI运力42吨);目前仍在坚持采用Block 1B载人版(TLI运力38吨)发射猎户座飞船;计划今年11月首飞的Block 1算是试用载人版。

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为啥现造深空货运飞船,不是仰仗未来的星舰?

尽管SpaceX坐拥全球唯一可多次复用货运飞船,已经成功发送20多趟国际空间站货运补给,拥有最先进最性感的载人龙飞船,但仅限于近地轨道,要想担纲往返地月间的深空快运,毫无疑问货运飞船必须升级换代。

SpaceX启动研制深空货运龙飞船,命名Dragon XL(特大号龙飞船),外形最大不同:设计成圆柱体,而不是现役龙飞船圆锥体。之所以这样设计基于不是为了重返地球大气层使用,而是往返于地月轨道之间。

深空龙飞船设计载货量>5吨,每次任务期长达半年至1年,设计使用寿命>12个月。

飞船使命:为未来运营的月球轨道空间站Gateway门户(也称深空门户/深空门),运送科学实验设备、物资补给(包括月球宇航员生活补给)。

相比之下,第一代货运龙飞船通常运力3.3吨,返航最大运力3.5吨。最多使用3次(深空龙飞船复用次数尚未披露),使用寿命>45天,轨道飞行7天。第二代货运龙飞船最大运力6吨,返航运力3.8吨。最多使用5次。设计使用寿命210天,轨道飞行7天。

因此,深空龙飞船可被看作第二代龙飞船的升级版、深空版。事实上,除了不必考虑再入外,各项指标要求非常高,远不是近地轨道飞船的通常要求。SpaceX要想在2024年前造好,的确需要下一番真功夫。

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为何现造深空飞船不用未来星舰?

要知道,最为外界熟悉的星舰——集载人飞船、登月飞船、返航飞船于一体的下一代深空飞船。不仅超大容量(100人、1000立方米增压空间),而且一步到位、超前达到多次往返、重复使用的NASA要求,甚至研发进度也是同步匹配——2021年轨道级试飞、2022年月球轨道首次试飞、2023年载人环月首飞……

但,这一切在NASA决策层眼里并不靠谱。超重鹰+星舰飞船组合不太靠谱,远比不上现成的技术现造深空飞船来得容易来来得可靠。

尽管马斯克一直高调主推星舰,SpaceX粉丝军团更是热血沸腾,但冷眼来看,从第一代原型星舰到最终打造成熟版,绝不是三五年就能搞定的。其实马斯克心底最清楚,也曾坦言:原型星舰从SN1到星舰1.0,至少需要20个迭代版本。甚至还感慨「如果我们不加快进度,我肯定会在登陆火星之前死去。」奔五的他说出这番话,既可以看作激励自己勉励团队的感言,又可以当成他不太可能兑现时间表的口信。

不管怎样,马斯克依然还是这个星球上实现深空旅行最强的人,也是距离红色星球最近的人。一旦拿下重返月球的头筹,距离登陆火星真的不再是梦想。助力NASA实现登月登火的同时,更实现了自己伟大梦想。这是举世无双的人类首创,一举两得的美事,当然值得全力以赴,终生投入……

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