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火箭为什么不能用飞机带到万米高空再发射,这样岂不是省了很多燃料?
火箭为什么不能用飞机带到万米高空再发射,这样岂不是省了很多燃料?
摘要:其实的确能省,火箭助推起飞段,因为需要一个从0往上加的加速阶段,所以火箭需要消耗大量的燃料用在起飞上。问题是建造一架可以投送航天飞机的大型运输机所消耗的资金量可就大得吓人了,以安-225为例:不算前期的研制费用,仅建造费用就达到了40亿美元。
我国航天的“五云计划”中腾云工程就是计划这种方式发射卫星,从而把发射费用减少到原有的1/10。
如果火箭用飞机带到万米高空发射,这样确实能省很多火箭燃料
现实中确确实实发生过的事,比如前苏联的“暴风雪”号航天飞机,在发射方式上就是因为存在“用飞机带到万米高空发射更省燃料”的设想,该型航天飞机没有像美国航天飞机那样用火箭发射,而是选择了用飞机带上天发射。
然而航天飞机是一种重量达到了100多吨的庞然大物,这就意味着搭载航天飞机上天的载机必须要足够大才能具备“用飞机带到万米高空发射”的条件。
为了达到这个目的,前苏联只好专门研制一种超大型运输机来完成任务,它就是安-225“梦幻”运输机,该型运输机机身长度84米,翼展88.4米,使用6台大功率喷气式发动机驱动,最大起飞重量640吨,货舱最大载重250吨,机身顶部最大载重200吨。
火箭发射航天飞机一共需要近1300吨燃料,其中液氧700吨、液氢100吨、固体燃料500吨,在离地上升阶段将会消耗85%的燃料,即1105吨,剩下的由航天飞机携带,以供在太空中机动使用,总共费用约为20亿美元。
而采用飞机搭载发射时,大型运输机从离地起飞到发射高度,再回到地面,整个过程只需要300吨航空煤油,按照6300/吨计算,仅燃料开支也不过200万美元,算上折旧以及其他费用,3亿美元就能完成一次发射,就费用而言,“用飞机带到万米高空发射”的方法在理论上是可以大大节省燃料的。
下图为一架挂载了HK-47-M2型空射弹道导弹的米格-31战斗轰炸机,它将弹道导弹带到万米高空后才发射,这样的发射方法大大节省了弹道导弹火箭发动机的燃料,但是飞机在上升过程中需要冒着被敌方击落的高风险,因此随着巡航导弹技术的进步,这样投送方式还是被淘汰了,可见“火箭用飞机带到万米高空发射”的可行性很高,但是实用价值却很低。
但问题是建造一架可以投送航天飞机的大型运输机所消耗的资金量可就大得吓人了,以安-225为例:不算前期的研制费用,仅建造费用就达到了40亿美元,由于无法批量生产,每建造一架,费用就会进一步上升,这也是安-225大型运输机是世界上唯一一架600吨级飞机的原因。
美国人也曾验证过“火箭用飞机带到万米高空发射”的航天发射方法,具体实践表现为波音747的诞生,它的研制也是用来搭载航天飞机的
下图为发射准备阶段的马斯克“星舰”,它的研制目的就是要航天发射变得像船舶航海那样的低成本,尽管数次试验均以失败告终,但是这并不能阻止人类对航天技术的探索步伐。
其实的确能省,火箭助推起飞段,因为需要一个从0往上加的加速阶段,所以火箭需要消耗大量的燃料用在起飞上。
如果可以通过一个飞行物负载着它进行加速,达到一定高度,那么确实可以省下不少燃料。
但是呢,并不是所有的火箭都能被背着跑,那些特别重,特别大的,比飞机还大,它们根本不可能“坐飞机”。
比如“胖5”,长征5号起飞重量870吨,全世界哪个飞机也都拖不动啊?它驼飞机还差不多。
高端运载火箭发射稳定性非常重要,还需要计算发射窗口,这些都需要稳定的坐标系数和位置信息,以及长期的计算机运算,外力影响越小越好吗,哪怕能坐飞机也不能那样发射。
近些年有些通过大型运输机发射空天飞机的构想,它们某些部件具备火箭的特征,但就目前而言,这些依然都是人们的幻想。
实际上,就“飞机射”火箭而言,如果不谈及什么“上太空”问题的话,人类目前早已做到了。
比如轰炸机放巡航导弹、战斗机放空空导弹、攻击机发射火箭弹,这些都是很司空见惯的事情。
所以确实有人藉由这条科技线,在研制能通过飞机发射上天的运载火箭,并且八字已经有一撇了,这就是维珍轨道公司搞的空射运载火箭研究计划。
维珍公司希望通过一架波音747运输机将一枚小型火箭发射到外太空,因为有飞机的加速度,火箭可以减少地面加速度的助推燃料,降低不少成本。
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维珍航空对此寄予厚望,希望能由此改变航空发射市场,可惜这项技术自2007年研发到现在也没搞出什么大名堂,最近的发射更是直接失败,火箭发动机工作了10秒就熄火了,火箭一头扎进了太平洋。
人们还得拍着胸脯擦冷汗——型号波音747没事儿,运载火箭的失败率可不是小数字。
不过,虽然维珍失败了,人们却并不真的认为空中发射运载火箭是永远不可行的,科技已经走出了道路,它离实现的距离并不遥远。而且,这项技术显然受到了美军的支持,他们一直盘算着将这种技术修改为“空射弹道导弹”。
这种技术估计在10-20年就会出现并发展成熟。
这个问题很有意思,乍一听还有道理,但真实情况却不是那么一回事!
第一个问题:将火箭带到高空能不能节省燃料?
能,这几乎是一个完全不用思考的问题。只要能将火箭带到一定的高度,随着地球引力的衰减和空气密度的降低,的确能起到节省“火箭”燃料的目的。但请注意只是能节省“火箭”的燃料,飞机要消耗多少燃料?从整体上划不划算?这就很难说了。
现代火箭发射所要克服的第一大难题就是如何逃脱地球的引力深井,所以在这个环节所消耗的燃料也最大。以美国执行阿波罗登月计划的土星5号为例,这个人类疯狂时代所制造的庞然大物重达3048吨,光携带的燃料就高达2700多吨。更夸张的是,第一级火箭2200吨燃料会在点火后2分半的时间全部燃烧干净,只为将第二、三级火箭送入68000米的高度。
为什么会出现这样的现象?这是因为引力尽管强大,但却是一种衰减很剧烈的力,其衰减速度与距离的平方成反比。所以所有火箭的第一级火箭,燃料消耗最大。只要将火箭带到远离地心的高空,随着引力的衰减以及空气密度的降低,所消耗的燃料就会大幅降低。
第二个问题:为什么不能通过飞机将火箭带到万米高空然后在发射?
这个问题其实主要涉及“费效比”和“技术难度”两大问题。
首先从费效比来说:既然无论是通过火箭自身的第一级火箭还是飞机都是把第二、三级火箭带到高空,那么最终所消耗的能量也大致相同,又为什么要额外制造一架飞机呢?飞机不仅也需要宝贵的燃料,还要克服自己巨大的自重和相关人员、设备的重量,所以综合来算肯定是不划算的。
其次从技术难度上来说:航天是一个精密到苛刻的领域,火箭发射的时间、地点、天气、姿态都需要精确的掌握。在地面上发射还面临各种难以预测的问题,何况是在高速飞行的万米高空?先不论这种发射方式到底可不可行,需要多高的成本,这种技术风险实在太大了。
现代火箭发射对各种设备的稳定性和火箭姿态有着近乎严苛的标准,以我国载人航天为例,我国科研人员经过长期的努力,发展出了国际领先的“三垂一远”模式。其中的三垂就是指垂直总装、垂直测试、垂直转运。之所以如此,就是为了保证火箭的稳定性和最终发射姿态。如果在总装、测试、转运途中出现大的震动,或者最终火箭发射前的姿态出现一定角度的倾斜,导致火箭射偏了,都会影响火箭的安全,甚至直接导致失败。所以通常情况下,火箭在发射之前各项准备工作都是小心翼翼。为了降低转运途中的震动,往往需要几天,甚至十几天缓慢的移动到发射台,在发射之前还要对火箭的姿态进行仔细的检测,以保证完全垂直,这些都是在高速飞行的飞机上所不能实现的。所以将火箭挂到飞机上,不仅在技术上完全不可行,简直就是一种自杀行为。
同时从实际情况来说,即便是不考虑费效比,不考虑其中的技术风险,人类也没有这么大的飞机能够驼动火箭。以我国的大型飞机运20为例,载重也不过60吨左右,只能驼动一些小型的火箭,对于中型或大型火箭完全无能为力。所以综上所述,用飞机将火箭运到万米高空发射,尽管从理论上能节省火箭燃料,但综合费效比并不突出,技术风险太大,也不现实。
当然在人类历史上也并不是没有飞机驼航天器的先例,美苏两国的航天飞机都曾被装上大型飞机进行转场运输。但也仅仅是运输而已,航天飞机的发射仍然需要在地面依赖火箭进行助推。
第三个问题:为了节省燃料,将火箭带到高空发射的想法是不是就不可行?
当然不是,前文已经说过,任何火箭消耗的最多燃料都是为了克服地心引力。因此如何把这部分燃料给“省”下来,降低发射成本,留给航天器更多的燃料一直是科学家苦苦思索的难题。但科学家的办法并不是使用飞机,而是直接把笨重的火箭给省了,这就是太空电梯。因为火箭不过是航天器离开地球的载体,发射火箭不是目的,火箭上的航天器才是关键。因此只要能将航天器送上太空,就可以省去火箭的大幅投入,这正是太空电梯的优势所在。
太空电梯的基本思路是,建设一个连接地球太空的电梯,将航天器直接运上太空或者将航天器的零部件分批运上太空,再在太空进行组装。这样不仅能降低航天器的发射成本,而且能将航天器造的更大,装载更多的燃料,从而让航天器飞的更远,探测时间更长,执行更多的任务。
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这是人类下一步努力的方向,但困难依旧很高
火箭由飞机携带,进行空中发射早就有进行过成功试验,而且的确能够节省燃料和降低费用。美国在1987年开始研制,1990年进行首次发射的飞马座火箭就是。该火箭最大发射重量23.1吨(飞马座XL型),三级固体火箭发动机布置,最大运载能力为443公斤至太阳同步轨道(500-1000公里)。飞马座火箭最初是由B-52轰炸机携带,如同大号巡航导弹一样挂在武器挂架上,从高空释放后点火。后来NASA改装了一架洛克希德·马丁公司的L-1011支线客机,由其携带飞至40000英尺(1.2万米)高空释放。
空中发射的确可以节省燃料,对比飞马座火箭改装的常规火箭“金牛座”,相同发射载荷情况下,金牛座火箭发射重量约为53吨,超出一倍。另一方面,空中发射可以减少天气对于火箭发射的影响,不需要占用发射场窗口时间,任何时间都可以发射,并且横风等影响小。
然而这种前景看似非常好的火箭发射方式并没有得到推广应用,是因为其有着致命缺点。那就是可靠性较低,发射精度实在太差,飞马座系列火箭总共进行了43次发射,失败3次,卫星未能入轨5次,这是还不算依靠卫星自身动力修正入轨情况。空中发射火箭,由于载体是在高速飞行中完成发射,火箭点火时初始位置、状态存在较大误差,发射精度自然要比地面固定位置发射差很多。美国人在飞马座火箭上已经用上军用级的双向数据链进行修正,但依然无法根本上解决发射精度问题。
这就是空中发射火箭的最大问题,快递费低了是好事,但包裹丢失率高出那么多谁受得了?另一方面在于发射重量问题,这种方式发射火箭,需要把火箭挂在飞机上,传统飞机挂载能力有限,对于火箭的体积和重量有着限制,无法发射中大型火箭。像长征七号这种中型火箭起飞重量都达到350吨,比大部分飞机最大起飞重量都还高,什么样的飞机能够装载?这也是这一火箭最终不了了之的原因。
但到了现在,空中发射这一概念又开始得到重视。不过这次,空中发射主要目标不是发射火箭,而是航天飞机或者空天飞机,主要发射轨道也改为低轨道甚至次轨道。航天飞机类飞行器轨道机动调节能力强,末端直接依靠航天飞机自身机动能力,飞到低轨道再施放卫星。并且航天飞机/空天飞机属于可回收重复利用航天器,可以进一步压缩发射成本。
我国航天的“五云计划”中腾云工程就是计划这种方式发射卫星,从而把发射费用减少到原有的1/10。
私人航天企业维珍银河,空中发射VSS Unity太空船,主打次轨道,计划携带6名乘客体验次轨道太空旅游。
微软联合创始人保罗•艾伦打造的专门为空中发射量身定做的平流层发射系统。该飞机最大起飞仅次于安-225,机翼中间可以挂载130吨重的运载火箭或航天飞机。
所以现在空中发射概念也开始重新热起来,这种概念在中低轨道发射、太空旅游方面有着非常广阔的应用前景。
火箭为什么不能用飞机带到万米高空再发射,这样岂不是省了很多燃料?
大家在看火箭发射视频时,都会被那腾空而起的壮观场景所震撼。大家应该都会注意到,在火箭主体结构的旁边,都会“捆绑”着几个小型的火箭,这些小型火箭其实都是火箭主体结构的“油箱”。对于那些执行深空探测任务的火箭来说,由于需要运行的旅程很长,所以所携带的燃料也就很多,拿上世纪美国著名的土星5号巨型火箭来说,其携带的燃料占到火箭总质量的比重,能够达到将近90%,而且这些燃料的大部分,都将在火箭发射几分钟内消耗完毕,将火箭带到几万米的高空。有朋友不禁要问了,为何不使用航天飞机将火箭带到万米的高空,然后在那里再发射,岂不是可以节省很多燃料?
17世纪末期,伟大的科学家牛顿发现了万有引力定律,确认了宇宙中所有的物质之间都存在着万有引力作用,引力的大小与两个物体的质量乘积成正比,与它们之间的距离平方成反比。万有引力的存在,使得两个物体都有着相互吸引和靠近的趋势。在微观世界里,万有引力的作用远远没有强核力、弱核力和电磁力的作用大,而在宏观世界里,宇宙星体之间由于都存在着一定的初始运动状态,特别是星体都会以一定的线速度围绕着引力源进行公转,在公转的过程中,星体和引力源之间的万有引力时刻在发生着作用,使得星体每时每刻都在向着引力源的方向坠落。
那么,为何星体基本上都没有坠入引力源呢?我们可以用两种方法来理解这个问题。首先,星体拥有一定的公转线速度,引力源一般都是大质量的恒星,表面也都拥有一定的曲率,那么星体在向引力源坠落的过程中,单位时间内沿着公转轨道切线方向上,其在垂直方向上的分量-即与星体与引力源拉开的距离,与该星体坠落的距离相一致,所以星体一直向引力源坠落,但却一直坠不下去。
第二种理解,那就是应用广义相对论的原理,有质量的物体会对周围的时空造成弯曲,周围的其它物体在这种弯曲的时空里运行时,就会沿着两点间的最短距离-测地线进行轨迹的变化,也就是说广义相对论认为引力的本质并非是一种力,而是一种时空的“漩涡”,从引力源周围的物体本身来看,它是沿着直线运行的,但从外界来看它的确是围绕着引力源公转的。
对于一个质量为M、半径为R的星体来说,要想实现围绕其公转,从其表面发射出去的物体所需要的最小线速度V1,必须达到(G*M/r)^(1/2)才可以,这个速度被称为这个星体的环绕速度;如果要脱离这个星体的引力束缚,其最小线速度值V2应该满足大于等于(2G*M/r)^(1/2),这个速度被称为该星体的逃逸速度。对于地球来说,从表面发射一个火箭,其环绕速度必须达到7.9公里每秒,逃逸速度必须达到11.2公里每秒。
从以上两个公式可以看出,当距离地球表面越大,物体能够围绕地球运行或者逃出地球引力束缚的最低速度,就会明显得变小。因此,从理论上看,如果将火箭带至地球上空一定的高度之后再发射,所需要的燃料总量肯定要比地球上的少很多。但是,为何人们很少应用这种方式进行操作呢?
第一,无论是从地球发射,还是用飞机将火箭带至高空再发射,所需要的燃料总量是差不多的。如果从地球火箭的静止状态算起,再到火箭以一定的切向线速度进入预定轨道,不管中间过程是什么样的,其速度的变化量决定着其能量的变化量,而根据动能守恒定律,所需要的能量输入也是一样的。之所以从航天飞机上发射火箭省燃料,主要原因在于用飞机将火箭从地表带至一定高度这个前半程中,所需要消耗的燃料更大,能量的作用效果不但将火箭提速,而且还要将飞机提速。飞机的重量、相关仪器设备和宇航员等等,都会额外增加负重,因此,从某种意义上来说,从地表发射火箭,反而更为经济。
第二,从技术难度上看,在地球发射火箭更为安全可靠。火箭发射是一项非常复杂的系统工程,要求的精确度异常高,在地面上发射相较于高空发射,要有更高的提前容错性,如果将火箭送入万米高空,但凡有一点差错,即使提前发现了也无能为力了。况且,从目前来看,通过航天飞机直接进行在万米高空进行火箭发射,其技术可靠性还没有得到深入地检验,发射过程中的风险实在是太高了。
第三,提高火箭发射能力和水平的关键问题和发展方向,一方面是提高安全性,另一方面就是尽量减少火箭的负重。通过火箭发射,无非就是将相关卫星送上天,或者组建太空实验室,为了达到减少火箭负重的目的,科学家们从很多年前就提出了一个一劳永逸的方法,那就是通过太空电梯的方式,将探测器或者相应的仪器设备、原材料等,直接运送到太空中的既定轨道上,这样的话,可以将能量的消耗提前预支,并且可以集约化,而最大的优点在于根本不需要什么火箭作为支撑条件,负重量大大减少,发射成本届时可以实现大幅下降的目标。
飞机背火箭到万米高空再发射能省燃料吗?这是不可能的,也是非常不现实的。因为飞机是属于航空工具,火箭属于航天工具。两个都不是一个重量级的工具,完全没法混在一起说。详细原因主要包括以下几个:
1、运载火箭的重量,世界上还没有飞机背的动,装的下
运载火箭为了把它装在的卫星或者其他空间探测器带到太空,需要消耗很大的能量。而且,由于火箭到达了大气层上层后,空气稀薄甚至没有空气。所以,火箭不仅需要携带大量的燃料还需要携带氧化剂。这样,火箭的重量就轻不了,这世界上还没有用常规燃料飞机能背的动它。
我们以最近发射天问一号的“长征五号”遥四运载火箭为例,这款火箭,箭体长度 56.97米,起飞质量约870吨。而世界上最大的运输机是安-225运输机,该机型是为运输暴风雪号航天飞机而研制,最大起飞重量640吨,货舱最大载重250吨,机身顶部最大载重200吨,机身长度84米,翼展88.4米。从数据对比可以明显看到,就算这个能够背着航天飞机在天空起飞的安-225也无能为力。
首先,货舱装不下火箭:因为安-225的货舱最长也只有43.51米,最大宽度6.68米,最大高度4.39米。火箭的长度却有56.97米。如何装的了呢?就算装的了,货舱起飞重量是250吨,和870吨的火箭相差甚远。也就是说你装进去了也背不动。
其次,顶部挂载也背不动:安-225顶部最大载重仅有200吨,而火箭870吨的重量,飞机根本背不动,甚至会被压塌掉。
2、假想你能起飞,火箭分离时,飞机还要不要命?
我们退一万步讲,假设你能造出一架巨无霸飞机可以背得动火箭,也能起飞起来。然而,当飞机把火箭带到万米高空时,火箭终究还是要发射的。火箭发射会产生巨大的推力不说,它尾部喷射出的大量高温气体会产生很大的乱流,你的运输机没有被高温烧毁,也会被巨大的乱流导致坠机。总之,你这个假想的巨无霸飞机会被瞬间摧毁。这种情况下,你还要去省那一点点微不足道的燃料吗?当然就不现实啦。所以,安-225这种运输机,全世界也只有一架。为了避开航天飞机的尾流,把尾巴上的方向舵改乱七八糟才得以保住安全。要知道航天飞机的喷射尾流可比火箭小得多。
3、万米高空对火箭来说,省不了多少燃料
火箭从地面爬升到万米高空原本就省不了多少燃料。因为火箭要摆脱地球引力飞到太空,最重要的是飞行速度要达到7.9km/s以上,而不是一直向上爬。火箭飞行主要分为3个阶段
垂飞阶段:火箭在离开地面以后的10几秒钟内一直保持垂直飞行。在垂直飞行期间,火箭始终保持零攻角飞行,大约也就飞行50km左右的高度,就开始偏飞加速。这里爬高消耗燃料并不是最主要的。加速飞行达到轨道速度是很费燃料的。
等飞阶段:就是火箭已经达到要求的7.9km/s以上速度了,保持跟地球同样的角速度飞行,已经进入了停泊轨道。这个时候,火箭按照最小能量的飞行程序,如果是低轨道卫星,这个时候火箭已经完成任务,可以和航天器分离。
变轨阶段:对于高轨道或行星际任务,末级火箭在进入停泊轨道以后还要再次工作,使航天器加速到过渡轨道速度或逃逸速度,然后航天器与火箭分离。像这次天问一号发射就需要变轨飞行。
从上面看,火箭爬升阶段是其发射任务的一小部分,消耗燃料并不是最主要的。所以,用飞机来背节省不了多少燃料。
总结
总之,用飞机背火箭来执行航天任务是不现实的。不仅找不到能够背的动,飞的起的巨无霸运输机,而且就算找到了,也无法安全运输火箭,更何况燃料也节省不了多少。是个亏本买卖。
我是数智风,用经验回答问题,欢迎关注评论。
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::人类制造了成千上万火箭向太空投送卫星,飞船,日复一日年复一年,人类很快发现火箭发动机的弊端:体重太大,价格太高,射一次卫星就要报废所有,虽然科学家一直致力于重复使用火箭弹体和发动机,半个多世纪来,重复使用还是停留在梦想,发射一公斤到太空花4-5万美元,真是太贵了,能不能更便宜些?
从技术的角度来说,火箭一次入轨是很不经济的,在30公里以下,大气阻力很大,采用喷气发动机水平起飞,依靠机翼产生升力,这种推进模式对起飞发动机功率要求非常低,所以能有效降低发动机重量和功率,可以说是最有效的方法
空中平台发射的优势显而易见。
首先,发射效率高。传统运载火箭从地面发射起飞后,依靠火箭发动机的庞大推力克服重力实现飞行,这一过程需要消耗大量燃料,火箭效率并不高。飞机作为发射平台时,先将运载火箭运送至高空再进行点火发射,由于高空空气稀薄,飞行阻力低,加上飞机可为火箭提供初始速度,发射效率提高不少。
其次,发射更灵活。运载火箭的发射计划往往需要提前制订,这对于发射载荷小、发射次数频繁的小型卫星发射而言局限性很大。使用空中发射平台不需要漫长等待,卫星在短时间内可以被送入轨道。“平流层发射”公司宣称,可以像预约机票一样预约空中发射,甚至可以在火箭发射几天前接受顾客的订单。不仅如此,发射火箭时,飞机通过调整发射仰角,可以将不同目标送入不同轨道。这样一来,一个架次飞行可搭载不同发射需求的火箭。
日前在俄罗斯普列谢茨克航天发射基地,一枚“联盟-2.1b”运载火箭在发射升空仅仅10秒后,突然被天空中的一道闪电击中。
再次,发射可靠性更有保证。普通运载火箭发射活动容易受多种因素干扰,例如大风或雷雨天气足以让发射计划被迫搁置。飞机可以直接将火箭带到气象平稳的平流层,有效规避各种不利因素影响,顺利执行发射任务。
最后,模块化直升飞机可以大幅减少研发投入。常探模块化直升飞机,可以免去一次性研发大型飞机的巨额代价,只需要3架重型直升飞机,前后串联,就能实现载荷的倍增,降低研发大飞机的难度,同时也避免大飞机研制好了,没有民用市场应用空间的难题
(建造一架可以投送航天飞机的大型运输机所消耗的资金量可就大得吓人了,以安-225为例:不算前期的研制费用,仅建造费用就达到了40亿美元,由于无法批量生产,每建造一架,费用就会进一步上升,这也是安-225大型运输机是世界上唯一一架600吨级飞机的原因。)
我国航天的“五云计划”中腾云工程就是计划这种方式发射卫星,从而把发射费用减少到原有的1/10。
该航班化反重力母飞船发射装置的每次发射成本,预计为传统火箭发射成本的1/10,十分之一。
月球上干啥能挣100000亿美元?
中国给老美上了一课!
2019年11月26日 浏览(4189)人
作者:蒋校长
来源公众号:蒋校长
已获转载授权
本月初有消息报道,我国明确表示:要力争在本世纪中叶,建成地月空间经济区。
中国航天科委主任包为民认为:发展这个地月空间经济区,需要解决高可靠性、低成本的航班化空间运输系统。到地月经济区最终建成时,每年的总产值规模可高达10万亿美元以上,发展成果将惠及普通大众。
这个系统的基础研究可能要到2030年才能完成,建成则要到2040年。
中国航天科技集团科委主任包为民还预测,地月经济区到可能到2046年最终建成。
(图源:共青团中央)
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目前行业分析:
::长征 5 号火箭是长征系列中最为强大的型号。其近地轨道运载能力可达 25 吨,是中国现役起飞质量最大、芯级直径最粗、运载能力最强的火箭。
目前,中国航天已经将目光望向了月球、空间站,以及火星等更远的深空。
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25吨重量的二级载荷是小意思!
我们国家的航天群体,现在正在拼命模仿马斯克的一级火箭 回收技术。
但是一味靠模仿,根本不能成为地球领先国家,得到其他国家的尊重。
不过我们借助独特的模块化无人直升飞机方案,载荷25吨,只是三片机翼组合而已,算是轻负载。因为我们设计一片机翼负载是10吨。三片机翼30吨,9 片机翼90 吨载荷。
也就是说,采用我们的方案,可以设计发射90吨重量的宇宙飞船。
轻松实现火箭,发射能力的跨越式发展,超越地球最强国——美国 (的马斯克)
传统火箭 发射方式已经到了瓶颈。
模块化直升飞机发射,不占用大型机场(保障了机场的安全),不需要长距离跑道,直接垂直起飞,越过障碍物后,水平飞行,把火箭 提升到万米高空,然后向平时的导弹一样简单发射。
设计载荷90吨,
类型:重型宇宙飞船
50年前,阿波罗12号飞船连续被雷电击中,“带伤”完成登月任务
璀璨科学
发布时间: 19-11-1517:46优质科学领域创作者
本文参加百家号 #科学了不起# 天文航天系列征文赛。
大家好,我是璀璨的猩猩
说起载人登陆月球,我们很多人会首先联想到阿波罗11号飞船,毕竟,这是我们人类实现首次登月的飞船,所以具有很重大的意义,是一个重大的突破。虽然很多人也知道在阿波罗11号飞船之后还发射了多艘阿波罗系列飞船,将宇航员送上月球表面,但是对于其中的一些细节可能不是很清楚。
在1969年11月14日,阿波罗12号载人飞船发射升空,从时间来看,也就是在阿波罗11号载人飞船奔月后4个月,阿波罗11号登月飞船就开启了“接力赛”。和阿波罗11号载人飞船相比,阿波罗12号飞船的情况似乎不是很美好,在发射过程中,发生了意外。
据了解,当时搭载了阿波罗12号载人飞船的土星五号运载火箭发射,升空36秒以后,随后发射控制装置失去了遥测接触。运载火箭部分设备发生了故障,不过运载火箭的第一级发动机仍然正常运行,继续将飞船发射升空。随后,第二次雷击又来了。
当运载火箭飞行到52秒时,再次遭遇到雷击事件,这一次雷击给运载火箭造成了更大的破坏。燃料电池、姿态指示器和逆变器先后出现了故障,面板上的每个警报基本上都亮起来了。当首次雷击时,就已经出现了部分故障,第二次雷击事件,出现了更多的故障,这样的情况下,大家是否觉得这项飞行任务应该中止了?事实上,出现了这么多故障,他们还是没有取消飞往月球的计划,阿波罗12 号飞船“带伤”继续奔月。
经过5天的飞行,在1969年11月19日,指挥官皮特·康拉德和艾伦·宾乘坐登月舱前往前往Oceanus Procellarum(“风暴之海”),而迪克·戈登则停留在月球轨道上。和阿姆斯特朗一样,皮特·康拉德在月球表面也是留下了一句经典的话语:“哇!伙计,对尼尔来说,这可能只是一小步,但对我来说却是一个漫长的一步。”事实上,阿波罗12号载人飞船登月,确实是一个很漫长的一步,因为飞行时间比阿波罗11号略长,主要是在发射过程中连续遭到雷击,还出现了故障,每一步都很惊险。幸好,整个飞行任务还是顺利完成了。
在登陆月球以后,宇航员们在月球表面再次插上一面国旗,还放置了一个光谱仪来测量太阳风的成分,并使用SNAP-27原子发生器部署了阿波罗月球表面实验包(ALSEP),这是我们放置在月球上的第一个核动力地球物理站。这套特殊的仪器配备了第一台月球地震仪(随后他们证明了月球有发生过地震)。在月球表面停留了大约32个小时,一共收集了76磅(约34千克)的岩石样本,并将其带回地球。
当皮特·康拉德和艾伦·宾乘在月球表面漫步时,停留在月球轨道上的迪克·戈登并没有闲着,他在环绕月球飞行时,给月球表面拍摄了很多照片,为后续的载人登陆月球飞船选择潜在的着陆点。
在1969年11月24日,阿波罗12号飞船顺利返回地球,整个登月过程耗时10多天。虽然在发射阶段先后遭遇到了两次重大的雷击,载人登月任务还是顺利完成,确实是可喜可贺。现在的科技更加先进,相信未来我们载人登月的任务中,也会顺利完成的。
炸天专业:太空挖矿,2050最赚钱的行业之一
FITI Paper | 连接你的未来
复杂性 |连接组 |智能 |飞天 |永生
一颗普通的小行星
估值可达95.8万亿美元
超过目前全世界的GDP总和
这颗小行星的名字叫“Germania”
还等什么?太空挖矿专业来了
未来的世界首富或许就是你
{飞天小报,连接你和你的未来}
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美国老牌传统公立大学,科罗拉多矿业学院,低调开设了一门新专业,引起了不小的轰动,只因学科名字太引人注目:
太空挖矿专业
……
此专业严肃又不失活泼,高冷且接地气,这样直白的专业名称,让很多人都在担心和好奇:这专业的学生会不会一毕业就失业了呢?
报名的人似乎一点都不担心。学校敢招,就有学生敢报名,招生简章一出,全球各地爱好者蜂拥而至,据媒体报道,目前已有150名爱好者向该大学提出了申请,其中还有一位中国人。
曾是一名英语老师的亨特,如今再次以学生的身份返回课堂,他希望将月球资源开采作为自己未来的职业方向。
而这个巨大转变,源自亨特几年前读过的一本名为《严厉的月亮》的科幻小说,书中讲述了一个住满地球流放犯的月球城市的故事。而正是这样的虚构事实引起了亨特的兴趣:人类可以在月球上生活,并且开采月球资源。
太空挖矿专业都学些啥?
这门独一无二的课程由美国科罗拉多矿业学院太空资源中心开设。实际上,自20世纪90年代,学院便已开始从事“太空资源以及就地利用”方面的研究,但一直仅限于理论方面。
一旦被录取,太空挖矿专业要学的东西还不少。
”这个太空资源项目是为了研究太空中所有的可利用资源,其中包括了太空采矿、太空制造等课程,学习如何探测太空资源,确定资源在哪里,如何开采,如何制造,如何就地利用,甚至今后如何实现将资源带回地球等等。”阿布德·马德里教授介绍道。
▲阿布德·马德里教授演讲时照片 图据TED官网
太空资源利用是一个十分复杂的超级跨学科专业,作为一名合格的职业太空采矿者,还需要掌握遥感学、材料学、机器人学、先进制造、电化学、太阳能等各方面技术,甚至是资源经济学知识,只有这样,才能精确测算出对太空资源合理利用的最优方式。
太空中蕴藏着丰富的资源,但却无法充分利用。负责这次招生项目的阿布德·马德里教授说:“我们目前唯一充分利用的太空资源就是商业卫星,尽管这些卫星是利用地球资源制造出来并发射上空的,但这也是太空资源的一种,还有一种便是太阳能。其实,太空中还有丰富的金属、气体、水资源等未被开采利用。近5-10年以来,各国的航天机构,甚至商业公司都对太空资源的利用表现出了浓厚兴趣。”
▲随着地球上宝贵资源逐渐减少,太空采矿正在成为勘探者的下一个前沿阵地 图据News Limited
目前,太空活动所需的一切资源必须从地球发射运送,这对于地球的资源和资金都有着极高的需求。那为何不直接利用太空资源进行合理替代呢?比如,推进器燃料所需要的氢气,可从月球或其他小行星上的水资源中提取……如果能充分利用各种太空资源,就可以大大降低高昂的运输费用,减轻地球生态的压力。这才是众多航天机构,甚至私人公司的兴趣所在——如何利用太空资源帮助人类进行太空活动,也就是所谓的就地资源利用(ISRU)。
全球对这一领域的兴趣与日俱增,但放眼望去,却没有任何一所学校提供太空资源相关的重要理论及技术教学。
由此,全球首个专门从事太空资源开采研究的学位课程孕育而生。
这个项目计划于2018年秋季正式开学,这是全球第一个太空资源相关的正式课程,以培养下一代太空科学家和工程师。目前计划开设硕士及博士相关课程,此外,还为从事太空研究的专业人士提供短期进修课程。学生们可通过学习获得核心知识,并在负责探索、提取及使用太阳系资源的系统中获得设计实践。
尽管目前学院仍在等待2018年秋季开学的批准,但在刚过去的秋季学期,学院已完成了第一期试点课程。据阿布德·马德里教授介绍,每周二、四一共有12名学生通过网络进行学习,除了学院的学生,还有从事相关工作的进修者,也有政策分析、经济学背景的学生。在这些学生眼中,这不仅是一个教育机会,也是很好的社交机会,因为大家将会成为这个行业未来的领导者。
学院第二期试点课程将于2018年1月开始,将挑选24位学生参加。而明年秋季的正式课程,将设1-2个分科,每科招收24名学生。
阿布德·马德里教授称,如果梦想投身太空事业,请将自己的学历证明、GRE成绩、推荐信一起打包发至太空资源中心的邮箱,或许就能成为人类史上首批职业太空采矿者。
一颗小行星堪比一年全球GDP,太空挖矿或成全球最赚钱职业
去年年初,美国《连线》就发表文章《太空采矿可能引发星球大战》,并评价:太空采矿有可能是下半个世纪最赚钱的行业之一,经济规模高达数万亿美元!一颗小行星的经济效益就能价值连国……
接下来科普一波太空资源的常识,去太空挖矿主要有两大可行性:
一、资源异常丰富,一颗小行星就富可敌国
从地理大发现到美国淘金热,人类对稀缺资源的渴求就从没有断过,大家说要去太空采矿,矿在何处?其实采的都是地球附近的小行星上的资源。
科普开始:其实小行星就是太阳系形成时的残留或毁灭后的残渣,太阳系目前约有100万颗直径超过1公里以上的小行星,100万颗,但是绝大多数都距离我们太远了,在地球轨道附近,目前已知的只有不到一万颗小行星。
行星资源主要指的是铂族金属,这些金属非常贵重,如铂、钯、锇和铱。常用于医疗器械、再生能源产品、催化式排气净化器,还有可能应用于汽车的燃料电池。
《Mining the Sky》一书曾指出直径1公里的小行星含3千万吨镍、150万吨钴和7500吨铂,单颗小行星估价:超过全球GDP总量。
一家网站曾对1颗普通的小行星做出评估,估值达到95.8万亿美元,超过目前全世界的GDP总和,这颗小行星名叫“Germania”。
(钻石行星 巨蟹座55e,距地球40光年)
还有一颗直径超过30米的小行星,矿产资源全部是铂金,价值高达500亿美元,学界称之为,“钻石行星巨蟹座55e”。但这颗小行星距离我们有40光年,以我们现在的技术只能眼巴巴望着。
至于如何提前判断其矿产构成,我们会通过望远镜的光谱测法,通过分析小行星表面反射回来的光来做判断。
二、成本低,失重环境可以不费力气
太空挖矿专业的行业规模高达数万亿美元,而它的成本却很低。由于小行星上几乎没有重力,因此不必使用太重的机器,这也是失重带来的一大优势,可以不费吹灰之力运走大块材料。虽然这些项目需要数十亿美元的投资,但是无论如何要比在月球或者火星上采矿便宜得多。
简单理解来看,现在主要有两种开采方式:一种是首先捕获一颗小行星,然后拖到离地球近的地方,固定下来,让机器人或人类上去开采,采完返回地球。
还有一种是就地利用,将小行星作为太空中转站,建立空间设施,为星际航行转移材料,开展更远设想,不过这种属于远期设想,才开过程中会不会遇到外星人也说不定。
从地理大发现到美国淘金热,人类对稀缺资源的渴求就从没有断过,当地球逐渐枯竭的时候,只能上天了!
两家美国商业公司,开始涉足小行星资源开发
在丰厚利润前景的召唤下,人类对太空矿产资源的争夺战已经开始。
美国政府最先行动,先是奥巴马在2015年,签署了一项颇有争议的法案《商业太空发射竞争法案》称:公民有权“拥有、运输、使用和销售”小行星资源。
NASA也已经开始研究捕获小行星计划,这个计划设想捕获一棵近地小行星并拖至地月系某个轨道,进而开采。
除此之外,美国还有两家商业公司,在光明正大做着小行星矿产开发生意,一个叫深空工业公司;一个叫行星资源公司,拉里·佩奇和《阿凡达》导演詹姆斯·卡梅隆都是后者的投资人。
在欧洲,卢森堡这个国家最积极,政府很希望该国能成为整个欧洲太空矿业公司的商业基地,甚至能投资一些商业公司,做他们的坚实后盾。
在中国,3年之后也就是2020年要建小行星基地,我们也会去太空挖矿,把钯、铂等稀有金属带回地球,用于制造尖端设备的重要零部件。
可以说目前,全球关于小行星矿产资源的所有权,还没瓜分。1967年,联合国制定的《外层空间条约》,只规定了:“禁止任何人将太空领域据为己有”。但是,却没说仅开采资源时,矿产该如何划分。所以太空资源现在是公共的,就像路边的野花。
何时才能重新回到,为太空科技而激动人心的时代?
在冷战期间,美苏两个超级大国为了彰显其超强国力,开始了太空军备竞赛。那个时候也许算是航天技术发展最鼎盛的时期吧,阿波罗登月成功的消息传回地球,我敢说没有人不为之激动。
但现在随着互联网的繁荣,很多人可能早就遗忘了仰望星空,我们天生的探索未知世界的种种好奇心,正在慢慢地被互联网这个虚拟的未知世界所替代,我们多久没有回到为科技新闻激动人心的时代了,多久没回到探索未知世界的兴奋中了呢?
你总以为航空事业和我们普通人关系不紧密,砸了上百亿美元和老百姓没关系,但探索宇宙真正的意义不在于眼前,而在于未来,未来太遥远,但也不遥远。
在浩瀚宇宙,每个人都只是一粒尘埃,困于眼前事务时,也不妨抬头仰望星空。
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