2021年全球航天探索大会在俄罗斯召开,中国航天科技集团一院院长、IAF副主席王小军应邀作了题为《载人火星探测航天运输系统》的大会报告。


会上,王小军介绍了中国第一次火星探测任务“天问一号”和“祝融号”探测器的任务概况、总体方案、相关数据和视频,以及中国未来深空探测计划。

中国载人火星探测“三步走”计划对外公布

王小军简要回顾了全球火星探测的发展情况,在此基础上,提出了未来载人火星探测发展路线及任务架构,明确了载人火星探测任务航天运输系统的组成、特点、总体方案与设计参数。


载人火星探测“三步走” 设想


第一步机器人火星探测(技术准备阶段)


主要任务:火星采样返回、火星基地选址考察、原位资源利用系统建设等。


第二步初级探测(初步应用阶段)


主要任务:载人环火、轨道探测、载人火星着陆探测、火星基地建设等。


第三步航班化探测(经济圈形成阶段)


主要任务:包括大规模地火运输舰队,大规模开发与应用等。


载人火星探测任务架构


影响任务构架设计的因素有地火转移轨道类型、出发时间、出发点、推进技术、是否采用气动捕获等。


地火转移轨道类型:基本轨道分为长停留合式轨道和短停留冲式轨道。地球和火星之间也存在着循环轨道,可以定期重返地球和火星,适用于长期多次的载人火星探测任务。


出发时间:2033年、2035年、2037年、2041年、2043年等。


出发点:选择高椭圆轨道(HEO)的出发较为合适。


推进技术:核热推进是目前载人火星探测方案设计的重要选择。核聚变推进理论上具有更高比冲性能,需要理论和技术的突破,适合作为载人火星探测更远期的研究目标。


此外,我国还研究将天梯这一新型运输系统作为空间出发点,能降低火星探测运输的规模。


航天运输系统的组成


在初期载人探测的总体构架方案中,运输系统包括运载火箭、摆渡级地火转移运载火箭、火星着陆与上升飞行器等多个运载器。针对该任务构架的不同阶段,采用不同类型的运载器完成运输任务。


每个阶段技术特点


机器人火星探测阶段:


采用大型或重型运载火箭,直接将探测器发射至地火转移轨道,探测器采用化学推进,选择脉冲式合式轨道,并利用反推制动达到火星进行探测。


初期载人探测阶段:


针对轨道转移设计了一种新型任务构架,该构架采用核电核热推进组合、人货分运,在近地球轨道(LEO)组装,从HEO出发,配合使用火星气动捕获。


航班化载人火星探测阶段:


采用核动力一体化运输模式,从地球空间驿站、日地L2等基地出发,选择地火循环轨道,地火循环轨道上已布置转移飞行器,转移飞行器的推进剂由地面或空间加注站补给。

中国载人火星探测“三步走”计划对外公布

任务描述


进入地球轨道+地球轨道组装+地火转移+火星登陆与上升+火星轨道对接+返回地球


飞行时间:往返数百天


飞行距离:数百万公里到数亿公里


轨道交会对接:数次甚至10余次


设计参数


地球上升段:7枚重型运载火箭和1枚载人运载火箭,采用化学推进剂。


地球空间摆渡地火转移阶段:基于高比冲核电推进技术的摆渡级,以及基于高比冲大推力核热推进技术的地火转移运载器。


火星空间:基于化学推进的火星着陆与上升器。


地火转移运载器:采用核热核电双模式,以三台10吨级推力的核热发动机作为主要动力,利用核电系统为各分系统提供电源。


载人型转移运载器:总质量为246吨,加注108吨液氢,可以运送包括深空居住舱、载人飞船等共65吨的有效载荷。


载货型转移运载器:总质量为328吨,加注76吨液氢,有效载荷质量为206吨。


文章来源: 中国航天报,中国运载火箭技术研究院

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