未來20年,中國航天將領跑世界

2022年12月12日09:54:07 軍事 1859

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火星探測器


【第一項: 火箭振動台】


人類在探索太空的過程中,曾多次發生航天事故,致使星箭爆炸,甚至引發多名航天員遇難的悲劇事件。因此,各國越來越重視航天安全問題。而火箭振動台就在航天安全中起著至關重要的作用。


由於振動台可用於武器等各類軍品研製,美國自上世紀50年代開始就限制9噸以上電動振動台對中國出口。


中國航天部702所獨立自主研製的70噸級電動振動台是世界最大推力的單體振動台。由四台35噸級電動振動台組成的大推力振動試驗系統,最大推力可達140噸。該系列產品可模擬發動機零部件在試車及飛行過程中由火焰噴射引起的高量級振動。

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702所研發的70噸級電動振動台


長征五號運載火箭副總設計師朱曦全告訴記者:「這一系統可用於檢測產品在有效壽命周期中是否能承受使用時的振動和衝擊環境考驗。目前國外最大推力的電動振動台為29噸,我國在這一領域的突破將助力我國大型運載火箭的研製。」


目前,這項技術已經完成測試,並在航空航天領域發揮著極其重要的作用。西方國家對這項技術不僅倍加讚賞,包括美國在內的三十多個國家還從中國購買了中國的電動振動台設備。


2020年8月28日,商務部發布的《中國禁止出口限制出口技術目錄》新增了50噸振動台的限制出口,這意味著該項技術,我國開始限制對外出口。

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超大噸位電動振動台


【第二項: 天宮空間站】


人類曾經向太空發射過六個太空空間站。目前,太空只有美俄等16國建造的國際空間站和中國獨立建造的天宮空間站。國際空間站在2031年退役後,中國的天宮屆時將成為人類唯一運行的太空空間站。

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國際空間站

中國的天宮空間站主要包括天和核心艙、問天實驗艙和巡天實驗艙三個艙段組成,設計總質量為180噸。中國在空間站建造中應用了多項新的技術和新的材料。


國際空間站的太陽能電池板能量換率只有15%,它提供的電功率是90千瓦。天宮空間站的太陽能電池板能量轉換率在30%以上,雖然整體空間小了很多,供電功率仍然達到100千瓦。


天空供電站配備了4台霍爾推進器,採用將惰性氣體電離並高速噴發的方式產生80毫牛的推進力,可以近似無限時間連續工作。並且消耗的推進劑數量極少,大大減少了未來給空間站補給的次數。


中國宣布天宮空間站面向全球開放,可供全球相關科學家共同用好這個太空平台。中國的天宮空間站在設計上,還預留了未來通過模塊化添加的二期擴建能力。

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中國的天宮空間站


【第三項: 霍爾推進器】


霍爾推進器是將電能轉化成動能的裝置。它的功能是將從外部獲得的電能產生電磁場,電磁場將帶電離子進行加速,形成等離子體射流,以此推動飛行器前進。


霍爾推進器的工作原理如下圖所示。首先通過外部電能產生磁場和電場,交叉電磁場捕獲從陰極發射的電子流,電子流與通過陽極進入環形放電室的推進劑分子發生碰撞後電離,形成等離子體,其中等離子體在電磁場的作用下沿軸向加速,並高速噴出,從而產生推力。

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霍爾推進器原理圖


中國航天科技集團801所研發出20千瓦大功率霍爾推力器,其推動力達到了1牛的量級。在性能上,達到了國際領先水平。


1牛量級的推力為飛行器提供極強的機動性。一旦將該技術運用到軍用衛星上,衛星可輕易地實現機動變軌來對抗敵方間諜衛星的破壞,也可以反制敵方衛星。除比之外,大功率霍爾推進器的問世,還能夠促使我國在航天領域走得更深更遠,從而更好地探索宇宙未知之謎。

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處於工作狀態的霍爾推進器


【第四項: 空間核動力】


空間核動力指通過核能轉換成電能,以此維持航天飛行器運行的能源形式。它適合應用在遠離太陽的星際航行中。因而,在外空探測、月球基地和火星基地活動方面,是最有前途的先進能源形式。空間核電力裝置要求重量輕、體積小、抗輻射能力強、壽命長及窗口利用率高。

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月球基地想像圖


空間核動力可分為放射性同位素、核裂變和核聚變三大類。放射性同位素釋放的能量比較低,主要用在無人星際探測器上。可控核聚變技術仍在研發之中,它是未來載人星際探索最佳的能源形式。目前技術比較成熟、正在應用的是核裂變及其裝置。


南華早報》報道稱美國開發出Kilopower 微型核反應堆,使用鈾235作為核燃料,輸出功率介在1~10千瓦之間,重量在1.4~1.8噸之間。美國宇航局準備將它發射到火星上,一次性裝載4台,總重量在5.8~7噸之間,大型火箭有能力將其發射過去。

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美國的微型核反應堆裝置


中國從2019年啟動了微型核裂變反應堆項目,目前正在建造原型堆。這種微型反應堆的設計最高功率為1兆瓦,是美國同等型號的100倍。該項目是為月球基地和火星基地的建設提供充足的能量。

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中國太空微型核動力裝置


未來二十年,中國航天將邁入加速發展通道。無論是建造月球科研站、太空發電站、火星科考點,還是進行太陽系邊際探索,都將推動中國航天領跑世界。

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中國引領太空探索

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