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太空问答?

2018-10-12太空精酿

太空探索 2018年10期
关键词:航天飞机飞船火箭

天舟一号是做什么的?

对于常驻人的空间站而言,一方面需要保持人员流动、时常发射载人飞船,另一方面也需要保持运送补给,同时清理垃圾。前者由神舟飞船完成,而天舟一号是纯用来货运的飞船。这就意味着它相比客运的神舟飞船,不必考虑复杂的生命保障系统、再入大气时的保护系统,也不必携带复杂的通讯设备和飞船控制系统,成本降低而运输的有效重量大大提高。

这就好比是中国目前铁路发展的两大方向,一个是昂贵但是快速的高铁系统,一个是便宜但是重载的普通铁路。最繁忙的客运高铁京沪线1300公里,一天客运30万人;而最繁忙的货运铁路大秦线650公里,一天至少运货120万吨!同理,货运飞船的重要性也不言而喻。

太空探索技术公司回收火箭为什么有时在海上驳船有时在地面上?

太空探索技术公司的猎鹰9号火箭和猎鹰重型火箭在回收过程中,返回的助推器依然需要消耗非常多的燃料用以反推、悬停和降落等,这势必降低了火箭原本的运送能力。而对于有些航天发射任务,例如中高轨的通信卫星,火箭需要更长时间工作,剩余的燃料也就更少。

猎鹰火箭的发射任务都指向海洋。在这种情况下,根据任务需求和燃料使用情况,发射前就需要制定不同的回收方案,既可以选择落在地面上也可以选择落在海洋上的驳船。后者飞行距离稍短,对火箭剩余燃料需求更少一些,不过代价是还需要运输回来,更麻烦。总之,一切都是以利益最大化为原则。

航天飞机项目是在什么背景下被提出的?

阿波罗登月计划前后,航天界发现单次使用土星5号这种重型火箭实在太过昂贵,它的价格高达40亿美元(换算成今日的美元),且登月没有想象中那么有价值(基本确认那里只是极其贫瘠的一片荒漠),因此重型发射任务基本取消。而普通卫星,造价仅在1亿美元量级,用这种重型火箭毫无疑问是杀鸡用牛刀。

同时,苏美太空竞赛进入高潮,苏联和美国竞相追逐近地空间的开发,即建立空间站和开发对地观测卫星。在这种背景下,航天飞机的理论值——可多次重复使用并最终使单次成本降到百万美元量级的方案自然脱颖而出。美国、苏联、中国都做过或提出过方案,但只有美国成功了。

航天飞机为什么会这么昂贵?

航天飞机项目持续30年,共计135次发射任务,花费达到2000亿美元以上。这意味着单次发射任务平均价格达到15亿美元,贵得让人咂舌。

有几个原因导致它如此昂贵。一是修复成本太高。航天飞机每次执行任务后需要进行大修,但航天飞机制造的实在太过复杂,超过250万个零件,导致它的修复费用远超计划。二是航天飞机效率并不高。航天飞机可运送25吨以上载荷进入近地轨道,但对于发射过程而言,它自身超过60吨的重量已成为负重。二者相加无异于又变成一枚重型火箭。这还没完,航天飞机还需要拖着巨大的身躯返回地球。三是使用次数过低。理论上每架航天飞机可以执行100~150次任务才会退役,但事实上5架才执行了135次,还有两次重大事故失去了两架,这导致平均下来成本并没有拉低。

综上,航天飞机在使用了30年后,遗憾落幕。

太空垃圾都是怎么监控的?

目前监测太空垃圾最大的信息库来自美国的洲际导弹防御系统雷达网,这些超大相控阵雷达(动辄像足球场那么大),最主要作用曾经是为了防御来自苏联的弹道导弹。冷战之后它依然在发挥作用,现在多了一条军民两用的:监控太空中的各种垃圾碎片和卫星,他们的信息是最权威的且都对外公开。

不过也可以想像,这个系统不可能公布美国的军用通信和侦察卫星轨道,这些信息都是绝密的,但其他国家的同类卫星它却会直接公布出来。

太空中的卫星有可能碰撞么?

当然会的,而且发生过多次。最著名的一次是2009年2月10日,美国Iridium 33和俄罗斯Cosmos 2251两颗卫星发生了碰撞,然后空间碎片数量就出现了暴增。

卫星碰撞的后果远不止两个卫星报废那么简单,它们碰撞后会产生海量的太空垃圾。在高速运动下,它们无论大小都是其他航天器的巨大威胁。与此同时,太空垃圾的产生速度是不可控的,一旦发生大型碎片碰撞,带来的是指数级增长,极难消除它们的影响。

人类可能通过冬眠技术完成星际旅行吗?

不可能。人类是一种温血哺乳动物,此类动物里保持体能最厉害的是北极熊,它可以数周不进食还能抵抗北极寒冷。怀孕的母熊也会使用冬眠方式度过寒冬,这样节省体能的效率非常高。尽管如此,一头母熊仍会在一个季度左右的冬眠期间损失30%左右体重。人类没有冬眠习惯,但如果有,技术也无法解决体重丢失问题。

星际旅行是非常漫长的。假设你想通过冬眠的方式从地球完成一次太阳系内的旅行,就以冥王星为目标,目前最快的飞行纪录是新视野号的10年时间。如果你想拥有抵达时的60千克体重,以每年20%冬眠体重丢失为例,在起飞前你需要吃到至少559千克才行,这……恭喜你已经破了最重人类的世界纪录!也就是说正常人类会很快进入器官脏器衰竭状态,无法维生。

(本栏目由太空精酿供稿)

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