昊龍貨運(yùn)航天飛機(jī)亮相：中國(guó)航天如何破解成本難題？

昊龍模擬圖

最近的珠海航展上，我國(guó)下代貨運(yùn)航天飛機(jī)“昊龍”亮相，關(guān)注航天的朋友們可能并不陌生，美國(guó)和蘇聯(lián)都曾經(jīng)研制過(guò)航天飛機(jī)，并且在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，美國(guó)的航天飛機(jī)都是他們的太空客貨運(yùn)主力。當(dāng)然，這種航天器也是造成傷亡最多的航天器。在正式航天飛行中，人類一共犧牲過(guò)18名宇航員，航天飛機(jī)就帶走了其中的14人。并且，這種可重復(fù)使用的天地往返運(yùn)載器，原本是為了節(jié)約成本而出現(xiàn)的，結(jié)果美國(guó)用了幾十年之后發(fā)現(xiàn)，成本非但沒(méi)有降低，反而大大增加了。那么，我們現(xiàn)在重新開(kāi)始使用航天飛機(jī)的方案，難道是又踩進(jìn)了美國(guó)人踩過(guò)的坑嗎？

要知道，美國(guó)的航天飛機(jī)之所以最終被放棄不用，不是因?yàn)樗姆桨覆粔蛳冗M(jìn)，而恰恰是因?yàn)榉桨高^(guò)于先進(jìn)，過(guò)于先進(jìn)這就叫激進(jìn)了。以當(dāng)時(shí)的工程技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)這樣的方案，最終的結(jié)果就是，要么成本控制不住，要么可靠性控制不住。就像是給一個(gè)人出一套超過(guò)了他能力的試卷，那么他就需要更多的時(shí)間來(lái)答題，而且錯(cuò)誤率會(huì)高的多。航天飛機(jī)就是這樣的一套產(chǎn)物。而他的方案之所以更加困難，是因?yàn)樗麑⒋蟛糠值幕鸺到y(tǒng)都放在了航天飛機(jī)上，主發(fā)動(dòng)機(jī)在上面，貨倉(cāng)在上面，客艙也在上面，雞蛋放到了一個(gè)籃子里，也就是說(shuō)，運(yùn)載系統(tǒng)里面最貴的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，要跟著飛船一起上太空，飛機(jī)待多久，他就待多久，而且發(fā)動(dòng)機(jī)還要跟航天飛機(jī)一起落回來(lái)，經(jīng)歷重新回到大氣層這個(gè)再入階段的熊熊烈焰。這么一番折騰下來(lái)，就得進(jìn)大修廠好好地檢修一遍了。而且把客艙、貨艙、主發(fā)動(dòng)機(jī)全放在航天飛機(jī)上，他的尺寸可就大多了，更大的尺寸需要更大的防隔熱面積，損壞的概率也大很多，2003年哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在返回時(shí)發(fā)生的事故就是隔熱瓦損壞造成的。

反觀咱們中國(guó)的昊龍方案，我在航展現(xiàn)場(chǎng)看了，他背后是沒(méi)有主發(fā)動(dòng)機(jī)的，只有對(duì)接口和幾個(gè)姿控噴口，用來(lái)調(diào)節(jié)姿態(tài)和變軌。也就是說(shuō)，他是依靠運(yùn)載火箭發(fā)射升空的，高價(jià)值的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)并不跟著他一起上去一起返回。而可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭，spacex已經(jīng)為我們打了個(gè)樣，我國(guó)的航天企業(yè)近些年也在奮起直追，所以我們有理由相信，在昊龍研發(fā)出來(lái)的時(shí)候，我們應(yīng)該就會(huì)有可以將他送上太空的可重復(fù)使用火箭了。而且，為了求穩(wěn)，昊龍是一艘純貨運(yùn)飛船，替代的是目前的天舟貨運(yùn)飛船。即便可靠性沒(méi)有載人飛船那么高，偶爾出一點(diǎn)小問(wèn)題，也至少?zèng)]有生命危險(xiǎn)。

目前，咱們的天舟貨運(yùn)飛船是一次性的，每次給空間站上送上去貨，他就變成了一個(gè)臨時(shí)艙庫(kù)，航天員從里面取生活實(shí)驗(yàn)物資，再把用過(guò)的廢品，包括垃圾甚至糞便存放在里面，等到裝滿，貨運(yùn)飛船準(zhǔn)備交接班的時(shí)候，天舟就離開(kāi)空間站，再入大氣層，連同里面的垃圾廢品一起燒毀了。這其實(shí)很浪費(fèi)，因?yàn)樘熘圬涍\(yùn)飛船也有他自己的姿控系統(tǒng)，能源系統(tǒng)，貨倉(cāng)的環(huán)境控制系統(tǒng)等等，這些系統(tǒng)的壽命遠(yuǎn)不止半年，完全可以像飛機(jī)上的這些系統(tǒng)一樣重復(fù)使用。而因?yàn)樘熘鄄荒芑厥?，我們現(xiàn)在空間站雖然上行能力很強(qiáng)，但下行能力不足，也就是把空間站上的東西帶回來(lái)的能力不足，很多東西其實(shí)我們還想要呢，但是因?yàn)閹Р换貋?lái)，只能塞進(jìn)天舟里燒了。因?yàn)榻刂鼓壳?，我們只能用神舟飛船的那個(gè)返回艙往回帶東西，運(yùn)力很小，所以很多的試驗(yàn)樣品我們沒(méi)辦法帶回地面進(jìn)行檢測(cè)，而空間站再高級(jí)，上面的檢測(cè)儀器受限于體積重量，也是不可能有地面上的好的。就拿前段時(shí)間很火的那幾條斑馬魚(yú)來(lái)說(shuō)，最近我看到，他們已經(jīng)被放進(jìn)天舟貨運(yùn)飛船了，你看到這個(gè)視頻的時(shí)候，他們可能已經(jīng)成烤魚(yú)了，為人類的科研做出了貢獻(xiàn)。但如果能夠帶回來(lái)，解剖一下，化驗(yàn)一下，是不是就能更深入地進(jìn)行太空生物研究了。因此，擁有一個(gè)可以把更多空間站上的東西帶回來(lái)的貨運(yùn)飛船，或者說(shuō)航天飛機(jī)，就非常重要了。

從返回地球的方式來(lái)看，昊龍航天飛機(jī)跟目前的神舟飛船返回艙是完全不同的，神舟飛船這種叫半彈道式，返回時(shí)的過(guò)載更大，最大溫度更高，需要更厚的隔熱層，產(chǎn)生的升力比較小，控制力也比較小，所以他的降落精度不太高，需要不停地進(jìn)行預(yù)測(cè)，搜救人員向預(yù)測(cè)點(diǎn)靠攏，最后回收。而昊龍這種叫升力式，也叫滑翔式，說(shuō)白了就是個(gè)滑翔機(jī)。它再入的時(shí)候溫度峰值更低，過(guò)載更小，而且他是有機(jī)翼的，能夠產(chǎn)生氣動(dòng)力，從而在再入的過(guò)程中對(duì)自己不停地進(jìn)行控制。于是，他的落點(diǎn)可以非常精準(zhǔn)，直接降落在跑道上，這就進(jìn)一步降低了回收成本，我們不需要那么多直升機(jī)和越野車去追返回艙了。

當(dāng)然，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，這種滑翔式再入的航天飛機(jī)方案的成熟性會(huì)越來(lái)越高，那么未來(lái)將他用在載人飛行上的可能性也會(huì)越來(lái)越高，還是那句話，在萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)之初，哪怕是最簡(jiǎn)單的飛行，都是勇士們的游戲，但現(xiàn)在民航客機(jī)可以輕松隨意地將普通老百姓安全送到大洋彼岸。航天也一定會(huì)遵循這樣的發(fā)展規(guī)律，成本越來(lái)越低，服務(wù)人群越來(lái)越廣，取得地方越來(lái)越遠(yuǎn)。

本文為科普中國(guó)·創(chuàng)作培育計(jì)劃扶持作品

作者：茍勝

審核：周炳紅 中國(guó)航天科普大使 研究員

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

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