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各国火箭发射实力介绍一览,谁是火箭发射主力军?

  夜殇璃        2021-06-28 10:15:47

意大利是没有自己独立的航天发射能力的,但是空间站的很多舱段有他们的贡献。加拿大基本上和美国是深度合作,有些企业本身就是跨越美加两国的。他们的拳头产品是空间站的机械臂,俗称“加拿大臂”。


日本和欧洲都是有自己发射能力的,欧洲的阿利亚纳火箭性能也不错,当年在商业发射市场上还占了不小的份额。他们的技术路线和我国是相似的,都是从偏二甲肼和四氧化二氮起步的,说白了还是来源于导 弹技术。后来,他们走向了氢氧发动机+固体助推器的模式,阿利亚纳5型就是如此。他们的火神发动机的技术水平还是很高的。


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图:H3火箭


日本人起步阶段就是走的固体火箭的路子。他们不能发展导 弹技术,只能从探空火箭开始起步,探空火箭一般是固体火箭。这一下引起了美国人的警觉。因为固体火箭能长时间储存,能够随时拉出来就打。具有改造成导 弹的能力。后来美国转让了一部分氢氧发动机的技术。日本人也就走上了氢氧机的道路。氢氧机是低温燃料,灌注到火箭之中无法长时间保存,必须临时加注,马上打出去,无法改造成洲际导 弹。美国人也防着日本呢,要在技术路线上要加以把控。


印度的技术路线算是比价奇葩,他们鼓捣固体火箭比较上瘾。不仅仅助推器是固体的,芯一级也是固体的。大概是因为技术来自导 弹的转移。印度天气太热,液体导 弹不易保存。所以他们非常关注固体火箭技术,但是因为固体火箭的比冲不高,所以,性能还是差一些的。但是火箭就是这么个好处,豪华轿车能把人送到终点站,驴车也行,从这一点来讲,结果差不多。火箭弱一点,也没耽误人家把曼加里安号探测器发射到火星轨道上。


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图:极地卫星运载火箭


发射曼加里安号的是印度的极地卫星运载火箭,缩写PSLV,性能和我国的长征4号差不多。一根光杆,尾巴上绑了4根小牙签一样的助推器,非常细。日本火箭和这差不多,尾巴上捆绑的固体助推器也很小,看着不协调,不过还是比印度人的要粗多了。


我们对火箭的外观就不多评价了。大家可能奇怪啊,我国发射火星探测器可是动用了长征5号这种大火箭,印度人怎么用了这么小的一颗火箭呢?能把载荷送到火星轨道吗?你别说,还真的能行。


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图:曼加里安号


首先,曼加里安号探测器不大,只有1.35吨。我们的天问一号有5吨重,比印度人的玩意儿大多了。


其次,印度是2013年11月5日发射的,曼加里安号是什么时候进入地火之间的霍曼转移轨道的呢?是11月30号,中间隔了25天。这25天,曼加里安号完成了7次远地点提升。


人造卫星绕着地球转圈圈,轨道是个椭圆,地球就在椭圆的一个焦点上。既然是椭圆,就存在一个近地点和远地点。在近地点上开发动机推一把,轨道就变大一圈,远地点就会往外扩张。就好比荡秋千,荡到最高点,你就推一下,这样的话就会越荡越高。曼加里安号就是这么干的。经过7次提升轨道,终于积攒够了足够的速度,最后推一把,进入霍曼转移轨道,奔着火星就去了。


这么干比较节省燃料,但是过程太漫长。还是因为印度火箭不够大造成的。探测器必须携带大量燃料用于加速,真正用于科学探测的载荷却很少。真正用于科学研究的载荷只有13公斤,也就够打卡拍照的。但是,因为这个探测器是亚洲第一个成功进入环绕火星轨道的探测器,印度人还臭屁了很长时间呢。


在我们的印象里,日本欧洲都是发达经济体,他们是老牌的资本主义国家。现在叫西方,过去叫列强。他们还是有很多工业实力比我们要强,这是不可否认的。那么现在世界航天的格局又如何呢?我们来看看2020年航天发射的统计情况。


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图:2020年各国航天发射次数统计


去年,美国完成了44次火箭发射,马斯克的猎鹰系列火箭发了25次。7枚电子号火箭是在新西兰发射的。


我国完成了39次火箭发射,基本全是长征系列。其中有两发是快舟系列火箭发射的。长征火箭是航天科技集团的展品,快舟属于航天科工集团。用金灿荣老师的话来说,一个是送人上天的,一个是送人上西天的。快舟用的是固体火箭技术,其实就是来自于洲际导 弹。


所以,我国2020年发射次数和美国相比,相差无几。基本上属于第一梯队。排名第三的是俄罗斯,一共发射了16次,相比中美,次数差了一半,算是第二梯队。主打是R7系列火箭,其实就是联盟号的各种改型,都不大。质子号和我国的胖五是一个量级的,去年只是发射了一次。俄罗斯一直想用新火箭换掉质子号这个老火箭。毕竟它的运力已经到了极限,没有扩展能力。而且用的是毒染料,处理起来挺麻烦的。新版的安加拉系列火箭也还没有投入实用化,不知道什么时候才能正式接班。


欧洲的法属圭亚那发射场是所有航天发射场之中纬度最低的,大约是北纬2度,发射同步轨道卫星就赚了便宜。欧洲跟世界各方合作都很好。在法属圭亚那有一个联盟火箭的发射台,俄罗斯的联盟火箭也经常在这里发射,去年年底,12月29号,就帮着法国发射了一颗卫星。


欧洲人自己去年有5次发射,数量很少。日本人4次,印度人2次,伊 朗2次,以色列1次。他们显然是第三梯队。欧洲的阿利亚纳5型快要退役了,因为竞争力差,马斯克的猎鹰火箭价钱便宜量又足。欧洲人压力山大,他们打算开发便宜的阿利亚纳6型火箭来接班,阿利亚纳6型火箭用的是新型的液氧甲烷发动机,看来欧洲人也想走重复使用的路。


日本在设计最新的H3火箭的时候,也尽量想降低成本,当时觉得这个火箭不贵,7千万美元一枚,但是他们在复杂项目管理方面经常失控,最后成本下不来。而且他们没想到马斯克现在的全新的猎鹰火箭也比这便宜,二手的就更别说了,计划真的赶不上变化。


所以,欧洲人、日本人、印度人他们当然受到去年疫 情的影响,很多进度放慢了。但是也能看得出来,他们也还是要尽力维持着火箭研发人才有事情做,不至于队伍散了,不至于断了火箭研发的血脉。但是,以现在的发射量,连保持手感都难啊。航天毕竟是个复杂的系统工程,不是单一的高技术。要是没有刷经验的机会,进步就慢。中美两国刷经验的机会太多了,发展速度会更快。未来中美是两强,俄罗斯勉强维持当年的遗产,欧日索性躺平的局面已经看到苗头了。


我国是按部就班的在一点一滴的推进航天计划的展开。最近,我国宣布要在2048年前后实现载人登陆火星。计划很复杂,先要用无人探测器对火星展开全面调查。而且去火星所需要使用的技术,必须先用在月球上加以验证。而且涉及到多次拼接,涉及到太空加油,涉及到用核动力火箭实现地球和火星之间的摆渡。还需要研发两种巨型火箭,一个是长征9号,能把140吨载荷运动到近地轨道。另外一种是921火箭,能运70吨载荷到近地轨道。具体的情况,我在最近的视频节目里讲过了。


我国的航天计划从不轻易许诺,但是说了就要做到,这叫“言必信,行必果”。2004年宣布探月三步走,果真就是按照时间节点一步步完成的,其他国家牛是吹了,但是都没按时完成作业。


马斯克也想去火星,而且有宏伟的计划。他之所以成为偶像,成就创新的神话,那是因为他吹过的牛都实现了,但是他经常跳票,时间无法预料。我们实在是不知道他这一次到底能不能兑现,到什么时候才能兑现。


想当年,布劳恩刚到美国的时候,也设想过去火星的计划,当时只能当做是科幻进行设想,并不具备可操作性。布劳恩和迪士尼的老板沃特·迪士尼关系很好,还专门拍摄了一部讲述如何去火星的科教片。大致来讲,布劳恩的计划分为几步:


从当时冯布劳恩的设想来看,他打算在太空里拼接成重达4000吨的飞船,然后组队前往火星。


1.火星探险队包括10艘飞船上,带上70名船员,每艘飞船总重3720吨


2.完成整个“舰队” 组装将需要46艘航天飞机在8个月内进行950次发射。


3.3级火箭全都回收利用,第1级第2级靠滑翔和降落伞,第3级自己滑翔着陆。


人类建造国际空间站,花了几十年时间,最后搭建起来一个370吨量级的组合体。布劳恩倒是大方,组建10艘4000吨级的飞船,这根本不可能。


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图:国际空间站


以现在的观点来看,这个太空舰队是人类目前无法企及的规模。我们根本做不到。布劳恩当时对火星一无所知。到底大气密度如何?到底地面情况如何,他全都不知道,这显然不靠谱儿。


后来嘛,美国和苏联争霸,搞了阿波罗计划,去火星根本不在考虑之内。NASA还是按照当年冯·布劳恩的路线图继续规划下一步的动作。他们花了90天时间制定了一份登陆火星的计划。大致来讲还是走老路,建立新一代的运载火箭,简称叫SLS(太空发射系统)


SLS火箭多次发射,对接成1300吨的复合飞船


先发两艘去火星,在一艘在火星轨道当回家的储备,另一艘降落火星表面打前站


相隔26个月之后,发射载人火箭,在太空里拼接成功,飞往火星。


半年以后,宇航员飞到火星,降落,到这里打个洞,到那里挖个坑,做好火星地质的考察工作。


临走前搬几块石头上飞船,点火起飞,和轨道上的储备飞船对接,等着下一个窗口期,返回地球。


当然,有人对这样四平八稳的计划不感兴趣,因为太慢了,也因为SLS是由大公司在研发。火星协会的会长祖布林提出了一个新的计划,也就是直击火星计划。


1.先发一艘飞船,携带单程燃料,降落火星。


2.在火星表面建立燃料工厂,电解水,捕捉二氧化碳来制造甲烷和液氧。


3.过26个月,载人飞船飞向火星。


好处:不需要庞大的补给,飞船拼装次数很少。


坏处:单程燃料,万一出问题,宇航员就回不来了。


原本祖布林是计划用SLS来实现这个计划,但是鉴于太空发射系统一直放鸽子,咕咕咕的没完没了。祖布林就转向了马斯克,总觉得这才是能完成直击火星计划的“天降猛男”。当然,祖布林是预料不到我国会横叉一杠子,同样提出了去火星的计划。


我个人乐观的认为,火箭技术本身并不是问题。不论是马斯克的星舰火箭还是我国计划的核动力火箭,都是有可能实现的,真正的麻烦的不在这里。


各国火箭发射实力介绍一览,谁是火箭发射主力军?


我们可以设想,最早一批去火星的人并不会很多。他们首要的任务是在火星上建立定居点。要知道火星和地球之间的不是随随便便就能来往的,每过26个月才会出现一次窗口期。在这26个月里,宇航员必须准备好足够返航的燃料。火星上必定是有事先发射着陆的燃料加工场的,会有大片的太阳能板,有吸取二氧化碳和水制造甲烷的装置,有存储液氧和液态甲烷的大罐子。宇航员们一定是不会有空闲时间的,而且人数少了还不行,7——8个人应该是少不了的。


阿波罗登月的时候,宇航员可以住在飞船里,一切生命维持系统都依靠飞船。但是飞往火星可不能这么做,宇航员们必须在封闭空间内坚持很长时间。这就要求在这个封闭空间里建立起一个小型的生态圈。


人类在亚利桑那州曾经建立过一个小型的封闭系统,在这个1.3万平方米的封闭空间内,内部设置了沙漠,沼泽,荆棘,雨林,热带草原,甚至是海洋。同时为人类居住者分配了一个生活区和一个农业区。为了模拟地球的生态环境,在这个封闭环境内引入了大约4000个物种,是尽量模拟自然环境,这个实验就是赫赫有名的地球生物圈2号。


各国火箭发射实力介绍一览,谁是火箭发射主力军?

图:地球生物圈2号


地球的生物环境之复杂,目前不是人类能掌握的,地球生物圈2号看似面面俱到,看似考虑周全。其实从一开始,生态平衡就无法实现。在这个人造的环境之中,以往的农业经验到底还是不是适用,谁也不知道。第一年大家都没经验,生产的粮食根本都不够,参与实验的人员一个个都面黄肌瘦,营养不良。到了第二年还算是好了一点,大家的体重才开始回升。


与此同时,大家发现这个封闭环境之中的氧气浓度在缓慢下降,最终降低到了危险水平,有几个人快撑不住了。不得已,外界往生物圈2号里面补充了一些纯氧,让大气的氧含量恢复正常。但是这本质是作 弊行为,是开外挂,在火星真实环境之中,是没法开外挂的。


植物和动物的呼吸都会放出二氧化碳,植物通过光合作用,吸收了碳元素供自己生长,释放出了氧气,供生物呼吸。这个循环应该是守恒的。那么,少掉的氧气去哪儿了呢?如果是微生物消耗了大量氧气,应该排放出对应数量的二氧化碳啊?可是二氧化碳数量并没有上升。后来才发现,混凝土在硬化过程中吸收了这些二氧化碳。碳的循环开始失衡,整个生物系统开始逐渐走向衰败。


与此同时,生物圈2号的内部生态也出了问题。大量的授粉昆虫灭绝,一种热带蚂蚁与蟑螂大量滋生,成为优势物种,并承担起一部分授粉的责任,这实在是出乎大家意料。


不仅如此,人也出问题了,住在地球生物圈2号里面的8名研究者甚至分成了两派互相对抗。闹得不可开交,人际关系也崩溃了。最后,实在是撑不下去了,这次实验以失败告终。如果这种事情发生在火星上,后果必然是灾难性的。这就是人类登陆火星可能会遇到的第一个难关。


这还仅仅是第一个难关,后边的麻烦还多着呢。

来源:科学声音

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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