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松鼠的空天随笔

 
 
 

日志

 
 

上海航天的未来深空探测计划展望  

2013-07-28 17:31:09|  分类: Space |  标签: |举报 |字号 订阅

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       深空探测一向是中国航天的一个短板,在世界主要航天国家中,我国和印度成为深空探测开展的最晚的一批。在嫦娥探月工程的“嫦娥一号”和“嫦娥二号”探测器先后发射成功,并取得一系列成果后,我国后续的深空探测计划也开始浮出水面。从目前的报告看,2020年前我国将完成嫦娥探月计划今年底“嫦娥三号”软着陆探测器将是1976年苏联Luna24探测后人类第一个再次进行着陆探测的月球探测器,而备份的“嫦娥四号”(和嫦娥返回验证星可能是同一颗)、“嫦娥五号”取样返回探测器,将完成我国无人月球探测绕落回的完整过程。根据报道,2020年前我国还将进行火星探测和小行星探测三个主要项目,从目前的新闻报道分析,它们都是上海航天八院负责的项目,不过上海航天人的志向不仅于此,他们还雄心勃勃的提出了金星探测器、主带小行星取样返回探测器和木星探测器等方案。
       从论文中看,我国发展深空探测,一方面是为了进行科学研究,另一方面也是更主要的,是为了推动航天技术的创新和进步,促进近地轨道卫星技术的发展,为实用的近地轨道卫星服务。通过深空探测项目的推动,将显著提高我国航天器的自主导航控制、测控通信、热控环控以及可靠性的等指标。
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八院火星探测器方案这个设计与更早的YH-1G方案大同小异

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较早的YH-1G火星探测器方案
 
       我国未来自主发射的火星探测器,将带动航天领域的自主导航、制动捕获、远距离测控通信、火星着陆器、先进载荷等新技术的发展与创新。构建独立自主的火星探测基本工程系统,包括管理、设计、制造、地面验证设施、在轨运行控制以及人才队伍等,推动我国深空探测活动的持续发展。上海八院的计划中,火星探测器将使用CZ-3B火箭直接送入火星转移轨道,巡航和火星轨道插入等操作由探测器自身完成。火星探测器还将携带小型着陆器(撞击器?)开展火星研究。从论文文字和图片内容看,这个探测器仍然是萤火一号的增强版,其功能和性能与以前航天五院的火星探测器有一定的差距。
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火星探测的飞行过程

       曾有五院的朋友对此愤愤不平,我个人也认为,如果时间进度要求不是太紧的话,也实在看不出来八院的这个探测器有什么优势。就算说省钱,可是都用CZ-3B发射了,发射成本一点没省,如果说探测器省了,可是一分钱一分货,这个探测器性能也不算好,如果一定单纯要节约,那打个信标过去或是干脆不搞火星探测最省钱。

       相对于火星探测器性能的不足,八院小行星探测器方案相当有特色。如下图,小行星探测器将先后飞跃Tukmit小行星,与Apophis小行星交会并伴飞5个月进行探测,经过地球引力借力后抵达1996FG3小行星,并最后在1996FG3上着陆。按这个计划,小行星探测器将在10年后完成使命。
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       我更早的博客文章提到中美联合彗星探测计划,应该和这个小行星探测计划是一个项目,那飞行方案是否有了进一步的变化呢 ,只能等待未来新的文章了。虽然它使用CZ-3B发射,直接打入深空轨道,但小行星探测器要实现对多颗小行星的交会、伴飞和着陆,对速度增量要求很大。八院设计中使用了801所研制的霍尔效应电推发动机,发动机比冲1600秒,此外还要突破地球借力飞行技术,并掌握弱引力的小行星的伴飞与着陆技术。这颗小行星探测器所突破掌握的相关技术,对我国未来进行载人小行星探测是大有裨益的。当然,美国的小行星载人探测到底如何还是未知数,他们现在又提出捕获小行星转移到月球轨道再登陆的方案,而我国未来将开展载人登月,捕获小行星并转移到月球轨道再进行探测,似乎是一个更具连续性和继承性的方案。不管未来如何发展,高比冲电推、小行星伴飞和着陆等技术,对载人小行星探测都是至关重要。
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小行星探测器设想图

       虽然国家对金星似乎不怎么感兴趣,但金星也是上海人念念不忘的目标,光是公开发出来的探测方案就有四个了。金星探测对热控的要求很高,而拟议中的金星探测还要释放着陆器和探测气球,因此很可能要与俄罗斯拉沃契金设计局进行合作。
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金星探测的飞行过程

      虽然上海人曾有想法使用CZ-4C火箭发射金星探测器,不过近来又改成了CZ-3B直接送入金星转移轨道,或许这是未来多带载荷?这颗金星探测器设计上还是可圈可点的,使用了桁架和隔板的主承力方案,装备了较大的合成孔径雷达,并带有一个进入器深入金星大气进行探测。这个探测器的方案,实际上在2010年已经初现倪端,当时的方案中讨论了三种方案:1.CZ-4B发射+变轨舱+环绕器+着陆器;2.CZ-4C发射+变轨舱+环绕器+着陆器。方案整星质量1200千克,轨道环绕器质量200千克,它携带质量60千克的包括气球的小型硬着陆器,硬着陆时释放气球,展开环绕器和着陆器联合探测的方案;3.CZ-3B发射+变轨舱+环绕器+着陆器。整星质量2.35吨其中环绕器400千克,环绕器携带合成孔径雷达进行进行金星探测。目前的方案看来是两者的混合体,既有合成孔径雷达,又有着陆器,其设计还是相当出彩的。
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设想中的金星探测器,其质量不大但功能相当丰富

       主带小行星探测器是更遥远的目标,技术上的跨度更大。更糟糕的是,我国航天目前只能与俄罗斯在技术上深入进行交流合作,与美国日本等国家不可能进行合作,而与欧洲合作进行深空探测的可能性也不大,考虑到俄罗斯人在火星探测上都乏善可陈,而从苏联时代以来就没有对主带小行星进行过探测,他们不可能给我们提供多大帮助。主带小行星取样返回探测器要掌握高比冲电推技术、探测器的长寿命和高可靠性设计技术、主带小行星取样和返回的轨道控制技术以及返回器技术,当然还少不了长时间自主飞行和管理等技术。上海航天设想的主带小行星取样返回探测器将使用CZ-5E发射,配备比冲3000秒的霍尔效应电推结合化学推进系统,探测器采取桁架和舱板结合的结构,最终要实现对距离地球4亿公里外的主带小行星的取样返回探测。不过怎么说呢,感觉这个项目连预研都算不上呢,探测器构想图就是一个隼鸟的翻版,靠太阳能电池在5亿多公里外驱动电推,怎么觉得非常不靠谱呢,隼鸟探索的丝川小行星勉强算是近地小行星,轨道远日点也比中国的这个取样返回探测器要探索的谷神星近日点远的多(Ceres Perihelion 2.5468 AU VS Itokawa Aphelion 1.695 AU,远了1.3亿公里),哪能如此照搬呢
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这个真的不是隼鸟么??

       
       至于木星探测器,更是可望而不可及的事情,所以,上海人直接上了一个科幻图,表明桁架设计的基本特征:
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这个真的不是反物质火箭么?
 
 


 
 
 
       

 
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