中国空间站拒绝美国加入美,为什么美国不再制造土星五号重型火箭?
“土星五号”火箭是人类历史上推力最大的火箭,它高度110米,重量接近3000吨,低轨道运载能力119吨,这个纪录至今无人能打破。当年美国的天空实验室空间站和阿波罗登月飞船都是依靠土星五号送入太空的,况且这还是美国人在上世纪60~70年代研发的火箭。而我们国人引以为傲的“长征五号”火箭,它的最大起飞质量仅为“土星五号”的三分之一都不到,所以尽管我们的太空技术在世界上可以算得上很厉害了,但要超越美帝任重而道远啊~
当年美国为了研制“土星五号”,投入了64亿美元的研发费用,每发射一次火箭要开销1.8亿美元。要知道60年前的1.8亿美元是什么概念?大概相当于今天的15亿美元,每发射一枚“土星五号”,就能够造4架空客A380!美国当年前后总共发射了17次“土星五号”,在那个年代,全世界能够如此在航天技术上烧钱的也只有美国了。
接下来说说“土星五号”的发动机,能够将如此的庞然大物送上太空,发动机的力量必定不一般。“土星五号”用的发动机是洛克达因公司著名的F1发动机,这款发动机最大的特点是推重比高,一个发动机自重仅8.4吨,但可以输出770吨的推力!一枚“土星五号”火箭依靠5台这样的发动机把它送上天(如下图)。
当然美国能够研制出“土星五号”是在上世纪50年代宇宙神、德尔塔、泰坦三大系列运载火箭的基础上慢慢积累起来的。当年美国为了能在和前苏联的军备竞赛中取得领先,也是不惜血本地在航天和军事领域投入,最终造就了“土星五号”还有阿波罗登月,这是那个时代特殊政治背景下的产物。放在今天,不会有国家愿意去这么做了,因为没那个必要。因此,到今天为止还没有国家造出比“土星五号”还要厉害的火箭来。
不过,世界上几个太空强国也并没有停止过研发重型火箭的脚步,比如我国正在研发中的“长征九号”火箭,它的最大起飞质量将超过4000吨,目前“长征九号”已完成深化论证、先期关键技术攻关和方案深化论证,预计将在2028年左右发射。还有俄罗斯在研制安加拉A100重型运载火箭。
(上图为“长征九号”概念图)
中国的北斗系统导航印度可以用吗?
首先要告诉大家的是:我国独立建成的北斗导航系统,是全球任何一个国家都可以使用的。自然也就包括印度,美国,欧洲,日本等这些国家了。其实早在2012年,北斗导航系统就已经覆盖亚太地区了,这时印度就可以使用了。如今嘛,北斗导航系统已经可以覆盖全球了。
其实印度一直以世界大国自居,像导航定位系统这种高端产品,印度自然也想分一杯羹。也着手研究自己的导航系统,最起码保证不会受制于人。
NavIC导航系统印度自研的导航定位系统也就是“NavIC”,准备用该导航系统拳打GPS,脚踢北斗,背摔伽利略和格洛纳斯,然而现实是经过三番五次的折腾,才初步具备了应用能力。然而由于性能堪忧,导致印度军方都不敢用,只用GPS和格洛纳斯。
况且其导航范围只能覆盖印度及其主要服务区域边界延伸的1500千米周边地区内,这还没有达到北斗导航系统在2012年的水平。
与很多装备一致,尽管NavIC导航系统也号称是印度自产的,实则都是进口国外部件的组装货,就像是NavIC导航系统核心的部件原子钟就是从瑞士进口的。
在2013年发射了第一颗NavIC导航卫星之后,等到所有7颗卫星全部发射完,三年的时间已经过去了,这转眼就到了2016年,一年2颗导航卫星的发射速度还是挺快的。
当NavIC所有的导航系统完成组网之后,本该是要正常运行了,在2017年的时候就发现了首颗被发射上去的卫星出现了失效的情况。正常来说,商用卫星的寿命都在十年左右,但印度的首颗卫星的寿命还不到5年。
既然首颗卫星失效后,准备在2017年进行补发,只不过补发失败了。然后在2018年的又发射了一颗,本以为补发完成后,NavIC导航系统就可以正常工作了。但实际情况出人意料,NavIC依然不能正常运行,这次的问题出现在地面设备和用户芯片上。
紧接着在地面设备准备好之后,就到了2019年,这时NavIC导航系统才真正迈入了实用化。在导航定位精度上,NavIC系统可以达到10米左右,在所有的导航系统中也处于垫底的水平。
北斗导航系统现有的覆盖全球的导航系统也就只有两个,一个是美国的GPS,另一个就是我国的北斗,只不过GPS略微领先北斗一筹。
要了解北斗导航系统的特点,还得从其具体的性能说起。
早期规划的北斗系统由“北斗一号,北斗二号,北斗三号”组成,一共拥有59颗卫星。只不过随着北斗二号和北斗三号的顺利组网,而北斗一号又属于试验性质。如今的北斗导航系统,主要指的是北斗二号和北斗三号,共有55颗卫星。
毕竟是作为无线通讯设备,北斗导航系统选择不同类型的信号也会对其性能带来有一定的影响。
目前而言,导航定位系统有两种信号选择。
第一个就是有源信号:这种信号就是需要用户终端向卫星发射无线电信号,然后由地面定位解算中心进行解算,再通过卫星将解算出来的结果发回给用户终端,这就是说,卫星只是充当一个用户终端与地面站的中继交换器。
采用有源信号的导航卫星的定位速度是非常快的,通常而言从用户开机到收到定位数据也就只需要几秒钟的时间,这也是有源信号的唯一优势。
但是劣势也很明显,那就是定位精度比较差,其水平定位精度为 100 米,最高可以精确到20 米,只能得到二维数据,还无法测速。由于有源信号的优缺点比较明显,很多导航系统不会选择它。
第二个就是无源信号:与有源信号不同的是,采用无源信号的导航系统,用户终端就不需要向卫星发射信号了。主要就是因为定位解算是在用户终端完成的。
只不过无源信号的开机速度比较慢,冷启动可以达到好几分钟,这也是无源信号的唯一缺点。
但是定位精度相当高,正常来说水平定位精度可达到10米以内,具有测速功能。也正是由于定位精度比较高,才导致很多导航系统都会选择使用它。
北斗一号有4颗卫星,全部为地球轨道静止卫星,属于试验性质北斗一号就选择了有源信号。
北斗二号有20颗卫星,包括:6颗地球静止轨道卫星,6颗倾斜地球同步轨道卫星,4颗中圆地球轨道卫星,以及6颗备用卫星。
北斗二号采用的是无源信号,并不能将其视为北斗一号的升级版,还采用了全新的导航体制。
北斗三号有35颗卫星,由三种不同轨道的卫星组成,包括24颗地球中圆轨道卫星,3颗倾斜地球同步轨道卫星,和3颗地球静止轨道卫星,还有5颗试验卫星。与北斗二号相同的是,北斗三号也使用了无源信号。
北斗导航的特点北斗导航系统采用了三种轨道卫星组成的混合式星座,不会受地球的影响,从而导致其抗遮挡能力强,尤其在低纬度地区的特性尤为明显。
由于导航卫星和地面之间的信息传输依靠的是电磁波,而电离层对电磁波传播会产生不利的影响。为了摆脱这些影响,北斗导航系统的信号传输采用了三种频率,还可以提供多个频段的导航信号,能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度,以及增强了抗干扰能力,提升了定位精度。
综合来看,尽管北斗导航系统的性能要比NavIC导航系统强的多。但是一直将我国视为对手的印度,是绝对不会使用北斗导航系统的。所以说,印度目前使用的国外导航系统也就是美国的GPS和俄罗斯的格洛纳斯。
中国空间站为什么不采用桁架式结构?
2021年4月29日上午11时许,在海南文昌航天发射中心,搭乘长征五B遥二运载火箭的天和号核心舱顺利发射升空。作为我国天宫空间站的首个舱段、也是核心舱段,天和号核心舱在今明两年内不仅要对接问天、梦天号试验舱,同时还要承担起未来整个天宫空间站的在轨飞行任务控制能力,所以在长度不到17米的天和号核心舱上,集成有对接其他航天器的节点舱、承担航天员生活休息的生活舱和控制舱、任务舱、资源舱三大舱段五个舱室。
随着天和号核心舱的顺利发射,我国也公布了整个天宫空间站的结构图,从整个结构图中可以看到天宫空间站的结构设计和当前在轨运行的国际空间站所采用的桁架结构完全不同,我们的天宫空间站采用的还是第三代和平号空间站使用的积木型模块化结构设计,只是进一步优化了空间站的模块化拓展能力。所以很多人就会质疑为什么天宫空间站不采用更先进的第四代桁架式结构设计、反而要采用上一代的积木型结构设计呢?
一、从第四代也就是当前国际空间站采用的这种桁架式结构设计来看,当初美俄等国为什么会采用桁架式结构设计?在国际空间站建设之前,独立后的俄罗斯可是完美继承了苏联在建设和平号空间站时期所积累的积木型结构经验和实力,同时期美国在大型空间站设计上反而没有俄罗斯有经验,但是为什么国际空间站要放弃更成熟的积木型结构、转而采用桁架式结构设计呢?
这就要从唯一的第三代空间站——和平号空间站说起了,和平号作为第三代空间站,发展初期恰值冷战热潮时期的上世纪70年代中期,苏联为了进一步强化空间站的多任务扩展能力,撇弃了之前礼炮系列空间站的单一大舱段在建设方面的困难,在第三代的和平号空间站上采用了模块化设计概念,这意味着空间站建设不再和之前需要超大运载力的火箭一次性发射入轨,只需要通过火箭多次发射、近地轨道对接组装的方式扩展升级成一个功能更加完善、重量和体积更大的大型空间站,既增加了整个空间站的重量和体积、又降低了每次航天发射的载重需求,每一个模块舱也可以在保证接口一致的情况下具有完全不同的独立功能。可以说和平号空间站的发射,不光成功的奠定和验证了多舱模块化、扩展化概念的实现,更是通过这种积木式的搭建方式将主体结构、能源控制系统、轨道和姿态控制系统、计算机系统、环境与生命维持系统、宇航员生活与工作区域、载人和货运驳接、出舱行走和气闸舱、科学研究等模块优化布局糅合或分列在不同舱段内,效率大大提升。
到第四代国际空间站建设的时候,由于国际空间站属于多个国家联合开发的一项航天项目,所以在国际空间站上需要实现的功能也越多,特别是需要满足更多人数航天员的长期在轨停留、不同国家、不同类型的飞船等航天器同时对接、更多航天科研任务的实施,都使得整个国际空间站所需的舱室更多、供电要求也更高。但是上世纪90年代国际空间站研发的时候,那个时候航天器使用的太阳能帆板光电转换效率还不是很高,面对更大的用电需求下,国际空间站只能装备更多的太阳能帆板,这也是为什么我们看到国际空间站两侧搭载了多达16片尺寸巨大的太阳能帆板的原因所在。
但是对于整个国际空间站而言,虽然其主要包括美俄日欧等多个国家的不同舱段组成,但是现有的七八个舱段仍然不足以留够更大的空间安装多达16片尺寸巨大的太阳能帆板,所以只能将16片太阳能帆板单独设计在主要舱段两侧,而用于连接16片太阳能帆板和帆板与舱段之间的结构就是“桁架”,等于说桁架自身的唯一用途就是承担16片太阳能帆板和功能舱之间的支架连接作用。
二、对于我国在建的天宫空间站而言,借助于后发优势,在我们建设空间站的时候,太阳能帆板的光电转换效率更高了,这就使得天宫空间站并不需要面积更大、数量更多的太阳能帆板便可满足供电需求(这也是为什么只有6片太阳能帆板的天宫空间站供电功率却比拥有16片的国际空间站供电能力还强的原因所在),那么我们就不需要单独设计“实际上功能单一、很鸡肋”的桁架结构了,只需要在核心舱、两个实验舱自身结构上装载所需的太阳能帆板即可满足各个舱段的供电需求。毕竟桁架的重量也不轻,而且桁架自身没有动力系统,如果还是延续第三代这种火箭发射升空、近地轨道组装的模式下根本不可能实现,毕竟国际空间站建设时期,尺寸巨大、但是没有任何动力的桁架结构都是具备天地可控往返能力的航天飞机依靠自身动力飞行、并借助自货舱内的机械臂对接完成。而我国没有航天飞机可用,所以想要对接发射无动力的桁架属实有点难。
加之天宫空间站是我国自主研发、发射的,属于我国独有的航天器,我们国家也没有航天飞机、现有运载力最强的长征五号B也只是一枚一级半结构的运载火箭,依靠火箭自身入轨能力根本不足以将无动力的舱段与其他舱在轨对接,所以采用结构更加简单、发射要求更低、任务扩展能力也不差的第三代积木型模块化设计结构更合适,而且积木式结构相比国际空间站建设过程中尺寸巨大的桁架离不开航天飞机的帮助而言,单个舱段都有动力、电源,可以自主对接组装更为方便可靠,当然缺点也有就是每个舱段必备动力、电源、散热等系统也增加了复杂性和成本。
三、最后有没有从近期官方公布的天宫空间站所采用的的三舱T型结构设计和未来拓展图看出什么端倪出来?现阶段公布的天宫空间站只是包括天和号核心舱、问天、梦天号实验舱和一个伴随飞行的巡天号光学舱组成的T型结构,但是这个T型结构设计每个节点都具备更大的扩展能力,比如现阶段天和号实验舱已经发射成功,但是地面上还有一个备份核心舱,为了不浪费,我们可以将其也发射升空,直接对接在天和号核心舱的前部节点舱位置或者尾部,搭建出更多的T型结构出来,从而进一步扩展整个天宫空间站的多任务科研能力。
而这种衍生的T型结构设计背后,不仅使得天宫空间站在未来具备更大的扩展能力,可以从现有的三舱、几十吨重量扩展成七八个舱、甚至更多舱、重量也从几十吨提升到几百吨的超大空间站;同时随着空间站的舱段使用年限增长后,未来我们可以用新组建的T型结构替代老旧的T型结构完成更多的航天任务,而老旧的T型结构功能并不是整个天宫空间站最为核心的舱段,所以可以将其分离后坠入大气层,避免其成为新一代空间站的累赘舱段。
假如美国有新太空武器可破坏卫星发射?
如美国新太空武器可破坏卫星发射,中国会重新考虑美加入空间站么?
2016年10月7日,新华社发布了《2024年中国或成为全球唯一拥有空间站的国家》的文章,一时间2024年国际空间站退役后,中国天宫空间站独步宇宙的说法纷纷出笼,因为第一个被发射上天的曙光好功能舱将于2024年退役!
不过在2018年12月时,美国参议院通过法案,将会执行对国际空间站的延寿计划,预计国际空间站将延长至2030年!
美国对于国际空间站的参与,还有那么迫切吗?
从现在开始到2030年,还有整整9年,似乎看上去还很长,美国对于空间站的需求并不是那么迫切,但就NASA而言,它正在实施重返月球,未来还有登陆火星的计划,而进入二十一世纪以来,NASA的经费已经捉襟见肘,毕竟美国已经不是当年那个美国了!
如果另起炉灶重开一个空间站的建设明显不太现实,比如国际空间站总共耗资1500亿美元,而美国就出了其中的1000亿美元,显然这是一笔巨大的开支!有朋友提出,美国的重返月球计划中,有一个深空门户“LUNAR GATEWAY”的建设计划,同时它也是飞向火星的跳板!
但笔者必须要提醒一下各位,因为这个深空门户只是一个简约的微型空间站,只有两个模块,由动力和推进元件(PPE)以及人居与物流基地(HALO)组成,它可以支撑宇航员短期工作!不过有两个致命的缺点,它是作为临时中转站,而不是长期载人空间站!
多功能的太阳能通讯枢纽,科学实验室,短期居住模块
另一个则是位于地月系的拉格朗日L1点,距离地球大约30万千米,和国际空间站的的400千米轨道相比,将宇航员送到这个位置的成本比登月低不了多少!所以这个空间站不适合长期载人飞行!
所以对于空间站,近期并不迫切,但中远期仍然有迫切性!
如果美国以击毁天宫空间站为威胁,中国会重新考虑美国加入空间站吗?
2019年6月,中国中国载人航天工程办公室与联合国外空司就联合对外公布,来自17个国家、23个实体的9个项目成功入选中国空间站第一批科学实验项目!
但在这个并不怎么长的清单中,并没有看到NASA或者美国的相关的信息,当被问及是否有排斥来自美国的项目时,中国载人航天工程总设计师周建平直言:
“我们没有排斥任何国家,也没有限定任何范围,有美国团队参与申报的项目。从科学价值和技术考量来讲,美国的项目没达到要求的标准。”
当然我们有充足的理由,美国的项目上没有科研价值,我们不会选择没有意义的项目,就如“许三多”说的,要做“有意义的事”!
如果美国强行加入,威胁击毁,我们如何应对?
首先第一个问题就是,美国能击毁我们的天宫空间站吗?我国空间站建成后总质量大约在80吨左右,运行轨道高度约在400-450千米,大致和国际空间站高度差不多,再加上庞大的太阳能电池,可以说这个目标是非常大的!
并且由于其变轨时轨道抬升缓慢,轨道可以预知,假如有心人要对其拦截,那么难度并不大,比如NMD的拦截弹SM-3 Block IIA,最大拦截高度500千米,拦截半径为2500千米,最高速度每秒4.5千米,使用动能拦截弹头对天宫空间站拦截,那么一拦一个准!
即使最差劲的印度那个改装的拦截弹,只要不是特别粗糙,只要没有变成布朗运动,那么认真一点的三哥也能大概率拦截到!
那么美国敢吗?
有技术,有设备,剩下的就是挟天子以令诸侯了,毕竟天宫就中国的独苗,以此威胁,那还不抓住了中国的“蛋蛋”?其实不然,中美俄都有蛋蛋在天上飞,其中美国最多,大约有600多颗,中国次之,大约是200多,俄罗斯少一些,只有130多,但无论如何,这些卫星都是中美俄最优质的的太空资产!
谁敢动对方的卫星?那不是直接宣战么,更不要说是威胁了!美国人威胁我们,难道我们还要做缩头乌龟?我们的反卫星技术不仅不低,而且还有些方面是超出美国的,说的简单点,反卫星,各有各的招,八仙过海,各显神通!
所以美国人也不敢做这傻事,大家干个两败俱伤,最后闹得近地轨道上一堆太空垃圾,杀敌八百,自损一千,这事没人干!因此各位完全不必担心会被美国要挟!
请问大家对我国的航天事业有何看法?
飞天这个梦想一直伴随着中国的历史,《墨子.鲁问篇》说,战国时期的公输班,也就是俗语说的鲁班,用竹子和木柴制作木鹊,纵飞上天,《韩非子.外储说篇》说,墨子曾作过木鸢,可飞径日。
从嫦娥奔月到敦煌飞天,中华民族数千年来所梦想的,是羽化登仙,是那种超然物外,凌空虚度的至高境界!
中国的古人很早就发明了纸鸢(也就是风筝),阳春三月,借着东风放飞,以寄托飞天的梦想。
进入现代,美国率先登月,和建立国际空间站,并拒绝中国加入,然而中华百年来的屈辱史,并未泯灭中国的航天梦。从不仰人鼻息,是中华民族的骨气所在,越挫越勇,是华夏古国数千年来屹立不倒的根基所在。
从发射第一颗人造卫星,到神五载人飞船顺利升空,到探月卫星“嫦娥一号“实现中国奔月梦想,到2013年发射成功的嫦娥三号探测器,玉兔号月球车,承载了中华民族太多的航天梦想。
继往开来,扶摇直上八万里,遨游九天揽月归,西方的霸权终将结束,中华数千年的辉煌将重续,中华的飞天梦想,将实现,所有别有用心,敌视我中华的邪恶国家必将看到,华夏重光,高山仰止,一飞惊天!一鸣惊人!