中國空間站能比得過國際空間站么?答案是:并“比不過”,那為什么還要這樣弄?
90年代初,隨著蘇聯解體,計劃發展的下一個和平號空間站破產,美國也在計劃發展自家的自由號空間站(Freedom)。俄羅斯獨立后,二者的空間站方案一拍即和,決定共建一個空間站,同時接受世界上主要國家加入的申請,這個方案便是自1998年運行到今天的國際空間站,它是個標準的第四代空間站。
相比較第三代空間站和平號,桁架結構的使用則使得整個空間站結構更大、功能更加復雜、擴展空間更大??梢詮慕ㄔO過程明顯看出,桁架質量甚至超過了普通艙段。時至今日,國際空間站已經成長為一個寬109米、長73米、高20米、重達419噸、內部容積916立方米的空間巨無霸,相當于一棟七層樓高的小型體育場。自從2000年11月2日首次載人任務以來,它已經連續保持了21年載人飛行,每年8次左右貨運對接和4次左右載人對接,一個批次的宇航員停留時間大概半年左右。
20年來的運轉,國際空間站完成了數不清的科學實驗,為人類科技進步和航天技術發展做出了巨大貢獻。它是人類載人航天的最高技術體現,也孕育了各個國家的各種載人航天相關器具,例如美國的航天飛機(載人/貨運)、龍飛船(貨運)、龍-2飛船(載人)、天鵝座(貨運),俄羅斯的進步號(貨運)和聯盟號(載人),歐盟的ATV(貨運),日本的HTV(貨運)。它的特殊環境也促使了國際上關于天文觀測、對地遙感、航天醫學、植物育種等多方面技術的快速進步,成為一個獨一無二的科研平臺。目前它依然處在很好的運營狀態,除役時間在逐漸延期。
那么,我國天宮最后采取了和平號的第三代模塊積木式方案,和國際空間站為什么設計方案不同?
a.相對于第一和二代空間站,第三代空間站已經是一個非常大的跨越,全方位的。第四代空間站的確可以依賴桁架式結構做到更大更強,但并沒有巨大的優勢;
b.大型空間站往往需要更加強力的運載器具,國際空間站離了極其昂貴的航天飛機(平均15億美元一次)是根本不可能建成的,但這也導致它的建造費用暴增,20年來總費用超過了2000億美元!我國目前最強的長征五號與質子K是同一級別火箭,但不足以建設大型桁架式的結構,或者強行改第四代空間站方案建造費用將是個天文數字;
c.國際空間站的運營費用已經極高,例如國際空間站常年保持6人在軌生存,半年左右進行輪換。在龍-2出現之前,聯盟飛船壟斷,但一張船票就需要8100萬美元,太貴了!而維持運行也需要大量貨運飛船前往,費用極其高昂。每年總費用在30億美元,夠中國完成現有嫦娥探月了。
d.因為技術后發優勢,實際上中國的小型空間站(100噸級)能完成的事情不亞于國際空間站。之前發博講過各種細節,這個放在最后,但非常重要。例如三大絕活,
1.離子電推進發動機維持軌道。這種發動機采用將惰性氣體電離并高速噴出的方式產生微弱推力,可以近乎無限時間連續工作,對于對抗400千米高軌道上微弱的空氣阻力、保持軌道大有益處。而且消耗推進劑極少,未來天宮的貨運補給次數相較國際空間站(傳統推進方式)會大幅減少。
2.柔性太陽能電池板。和這些年比較流行的柔性屏一樣,柔性的設計相比之前的機械折疊展開讓太陽能電池板有更多使用和擴展空間,且使用了目前國際上最先進的三結砷化鎵材料,產生電能效率更高。等兩個實驗艙發射后,別看核心T結構總重只有60噸,理論上電能產出甚至不亞于420噸的國際空間站。
3.機械臂。這是模塊化空間站能夠組建的核心器件之一。天宮的長達10米、7個自由度、可抓取25噸物體(失重環境)自由移動,未來各種對接、出艙、維修等,都會有它大展身手的空間。
因而,對于我國而言,選擇建立一個第三代空間站已經足夠完成絕大部分任務目標。長期保持3人在軌運行,用現有的長5B(重型建設工作)、長7(天舟貨運飛船)和長2F(神舟載人飛船)火箭即可支撐,性價比顯然要高很多。
實際上,天宮空間站方案也很靈活。在運行中,天宮空間站將同一個光學艙段共軌飛行。該光學艙是一個十幾噸的大型巡天望遠鏡,在很多指標上都接近甚至超過哈勃太空望遠鏡,視場角是哈勃的300多倍。這種共軌方案減少了對望遠鏡的干擾,同時如果望遠鏡出類似哈勃曾經的質量問題時,也有可能維護升級。同時,核心艙還保有備用對接口等,如有需要可以將天宮空間站進一步升級成更大版本,例如改成十字型。這些設計理念是非常先進實用的。
我國航天依然處在追趕階段,但已經在從跟跑努力到并跑,爭取未來領跑,有太多地方需要花錢,即便再怎么多快好省也要避免航天人“巧婦難為無米之炊”的窘境,天宮空間站保持一個超高性價比建設和運營方案,對于我國是最優解。
原文鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s/L0C_gzG7VGb00ZhbM-icdQ
?