未来20年,中国航天将领跑世界

2022年12月12日09:54:07 军事 1859

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火星探测器


【第一项: 火箭振动台】


人类在探索太空的过程中,曾多次发生航天事故,致使星箭爆炸,甚至引发多名航天员遇难的悲剧事件。因此,各国越来越重视航天安全问题。而火箭振动台就在航天安全中起着至关重要的作用。


由于振动台可用于武器等各类军品研制,美国自上世纪50年代开始就限制9吨以上电动振动台对中国出口。


中国航天部702所独立自主研制的70吨级电动振动台是世界最大推力的单体振动台。由四台35吨级电动振动台组成的大推力振动试验系统,最大推力可达140吨。该系列产品可模拟发动机零部件在试车及飞行过程中由火焰喷射引起的高量级振动。

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702所研发的70吨级电动振动台


长征五号运载火箭副总设计师朱曦全告诉记者:“这一系统可用于检测产品在有效寿命周期中是否能承受使用时的振动和冲击环境考验。目前国外最大推力的电动振动台为29吨,我国在这一领域的突破将助力我国大型运载火箭的研制。”


目前,这项技术已经完成测试,并在航空航天领域发挥着极其重要的作用。西方国家对这项技术不仅倍加赞赏,包括美国在内的三十多个国家还从中国购买了中国的电动振动台设备。


2020年8月28日,商务部发布的《中国禁止出口限制出口技术目录》新增了50吨振动台的限制出口,这意味着该项技术,我国开始限制对外出口。

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超大吨位电动振动台


【第二项: 天宫空间站】


人类曾经向太空发射过六个太空空间站。目前,太空只有美俄等16国建造的国际空间站和中国独立建造的天宫空间站。国际空间站在2031年退役后,中国的天宫届时将成为人类唯一运行的太空空间站。

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国际空间站

中国的天宫空间站主要包括天和核心舱、问天实验舱和巡天实验舱三个舱段组成,设计总质量为180吨。中国在空间站建造中应用了多项新的技术和新的材料。


国际空间站的太阳能电池板能量换率只有15%,它提供的电功率是90千瓦。天宫空间站的太阳能电池板能量转换率在30%以上,虽然整体空间小了很多,供电功率仍然达到100千瓦。


天空供电站配备了4台霍尔推进器,采用将惰性气体电离并高速喷发的方式产生80毫牛的推进力,可以近似无限时间连续工作。并且消耗的推进剂数量极少,大大减少了未来给空间站补给的次数。


中国宣布天宫空间站面向全球开放,可供全球相关科学家共同用好这个太空平台。中国的天宫空间站在设计上,还预留了未来通过模块化添加的二期扩建能力。

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中国的天宫空间站


【第三项: 霍尔推进器】


霍尔推进器是将电能转化成动能的装置。它的功能是将从外部获得的电能产生电磁场,电磁场将带电离子进行加速,形成等离子体射流,以此推动飞行器前进。


霍尔推进器的工作原理如下图所示。首先通过外部电能产生磁场和电场,交叉电磁场捕获从阴极发射的电子流,电子流与通过阳极进入环形放电室的推进剂分子发生碰撞后电离,形成等离子体,其中等离子体在电磁场的作用下沿轴向加速,并高速喷出,从而产生推力。

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霍尔推进器原理图


中国航天科技集团801所研发出20千瓦大功率霍尔推力器,其推动力达到了1牛的量级。在性能上,达到了国际领先水平。


1牛量级的推力为飞行器提供极强的机动性。一旦将该技术运用到军用卫星上,卫星可轻易地实现机动变轨来对抗敌方间谍卫星的破坏,也可以反制敌方卫星。除比之外,大功率霍尔推进器的问世,还能够促使我国在航天领域走得更深更远,从而更好地探索宇宙未知之谜。

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处于工作状态的霍尔推进器


【第四项: 空间核动力】


空间核动力指通过核能转换成电能,以此维持航天飞行器运行的能源形式。它适合应用在远离太阳的星际航行中。因而,在外空探测、月球基地和火星基地活动方面,是最有前途的先进能源形式。空间核电力装置要求重量轻、体积小、抗辐射能力强、寿命长及窗口利用率高。

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月球基地想象图


空间核动力可分为放射性同位素、核裂变和核聚变三大类。放射性同位素释放的能量比较低,主要用在无人星际探测器上。可控核聚变技术仍在研发之中,它是未来载人星际探索最佳的能源形式。目前技术比较成熟、正在应用的是核裂变及其装置。


南华早报》报道称美国开发出Kilopower 微型核反应堆,使用铀235作为核燃料,输出功率介在1~10千瓦之间,重量在1.4~1.8吨之间。美国宇航局准备将它发射到火星上,一次性装载4台,总重量在5.8~7吨之间,大型火箭有能力将其发射过去。

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美国的微型核反应堆装置


中国从2019年启动了微型核裂变反应堆项目,目前正在建造原型堆。这种微型反应堆的设计最高功率为1兆瓦,是美国同等型号的100倍。该项目是为月球基地和火星基地的建设提供充足的能量。

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中国太空微型核动力装置


未来二十年,中国航天将迈入加速发展通道。无论是建造月球科研站、太空发电站、火星科考点,还是进行太阳系边际探索,都将推动中国航天领跑世界。

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中国引领太空探索

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