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中国航天在世界的地位,八个维度了解

中国航天技术是世界瞩目的,也是中国人民无比自豪的一件大事。1970年4月24日,当时刚成立不久的新中国在一穷二白的情况下,长征一号运载火箭成功把“东方红一号”卫星送入预定轨道,成为世界继苏联、美、法、日之后第五个拥有独立研制和发射成功的国家。当然,最近几年的一系列神舟5-13号载人航天、探月取样工程、“天宫一号”空间站、火星探测工程,更是成为世界最靓的仔。现在跟大家浅谈一下,中国航天在八个维度上在世界的地位。

第一维度——发动机程度。航天发动机是航天事业不可或缺的最核心技术,没了它,其他的谈不了。目前航天飞船用发动机普遍是液体燃料发动机,当然固体燃料方面待会介绍。中国的最大推力航天飞船发动机,主要装载在长征五号运载火箭上,属两级半火箭,一级采用5米直径模块,采用两台50吨级氢氧发动机,助推器采用4个Φ3.35米直径模块,每个模块配置两台120吨级液氧煤油发动机,芯二级采用两台9吨新型膨胀循环氢氧发动机作为主动力。全箭总长56.97米,起飞质量约867吨,GTO(指地球同步轨道高度)运载能力达到14吨。若减少二子级,可形成长征五号的一级半状态火箭,其LEO近地轨道运载能力为25吨。我国这款火箭继美国猎鹰重型火箭(LEO运载能力63.8吨,GTO运载能力26.7吨)排世界第二位。

当然,我国之前成功试车的固体燃料发动机,直径3.5米,推力达500吨。可以说是世界排第一的,很多人会说,美国的SLS固体燃料发动机推力很早就达到1500吨,关键就在这,美国的推力是分级拼凑,用七级燃料方式拼成,也就是说一级燃料大概推力不到200吨,而我国的是整体性单一级的推力。除此之外,印度也有固体燃料发动机“500吨+整体式+钢材料”,欧洲的是“470吨+整体式+复合材料”,我国的500吨+整体式+高强度复合材料,所以我国的固体燃料发动机技术排第一没多大问题。当然,固体火箭发动机主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机,以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。

推力数据

各国火箭推力对比

我国推力500吨固体燃料发动机

第二维度——遥测精度。航天器飞向太空或深空,怎么去测量定位很重要,不然就像无头苍蝇乱窜。这方面我们直接用送入轨道的成功率和数量来说,Space Launch Report按火箭上面级制造国家排名的统计数据,中国2021全年航天发射次数达55次,位居世界第一,只失利3次。美国发射45次,排名第二。俄罗斯发射25次,排名第三。欧洲和新西兰各发射6次,日本发射3次,印度发射2次,韩国和伊朗各发射一次但都失利。我国精准程度还是很稳滴,当然历史积累来说,美国还是数量上更多,尤其是spaceX的星链计划。

第三维度——遥控程度。无论是2我国嫦娥探月工程的“绕—落—回”,还是火星探测工程的“绕—落—巡”都是遥控的很好话题,现在我们就挑最远的火星探测来说。火星距离地球最近5600万公里,最远3.2亿公里,月球距地球也不过是28万公里,深空频道传输很复杂,为解决这一难题,西安分院研制团队将一个功能类似于分系统的UHF频段收发信机,压缩至一台重量为2公斤左右、体积仅为一个单机大小的产品。这台单机融合了数字处理、电源、通道、固放、双工器和开关等分机,具有高度集成化和小型化。最终,以相较于典型产品综合减重60%的成果完成了分系统功能的单机化集成,为整器节约了宝贵的资源。西安分院为我国首次火星探测研制的进入舱UHF频段收发信机、火星车UHF频段收发信机具有自主通信、集成化高等特点,功能全、性能优、重量小。并且,其中的UHF双工器具有大功率、高隔离的特性,确保接收端弱信号不受发射端强信号的影响。当然,美国方面也把毅力号送到火星并且还有远程操控无人机,而阿联酋的火星探测只停在绕,并且用的是美国技术和日本运载火箭,所以中国这方面排个一二没问题。

第四维度——轻量化程度。中、美、俄、欧洲,基本也是用碳纤维做材料去减轻火箭体重,唯独印度还在用钢材,这个也是世界前列。

第五维度——领域宽度。我国已经实现发射卫星、载人航天、探月取样返回、空间站的独立建设、火星表面探测的航天航空经验和信息收集,而目前也只有美国比中国多了“阿波罗登月”、“火星无人机探测”,当然相信未来中国很快会实现“嫦娥登月工程”、“月球基地建设”、“火星登陆”等等。

天宫一号示意图

祝融号上摄像头拍摄

祝融号后视角

第六维度——自主化程度。说自主化程度,不用担心卡脖子的,不得不说一下我国的航天操作系统“SpaceOS”,该系统已经应用于300多个航天器,超800个星年,后面升级SpaceOSⅡ也首发搭载于2013年发射的嫦娥三号巡视器、探测器中心计算机上。

还有北斗工程,北斗三号卫星核心器部件国产化率已经达到100%;比如发射火箭,多年前就已经达到了99-100%的国产化水平;再比如天宫空间站,从产品到部组件、到原材料,以及关键核心器件,皆实现了100%国产化。可以和美国并排站了,当然美国有些技术还是要靠俄罗斯、日本的所谓国际合作。

第七维度——材料技术程度。我国耐高温材料、玻璃纤维材料、复合材料、石墨烯材料等等航空航天材料,也在世界市场有一定位置,特别是巨石集团的玻璃纤维材料,全球市占率22%,中国市占率40%。

第八维度——可回收程度。航天工程是个无比烧钱的工程,搞不好一爆炸上百亿就没了,当然即使不爆炸,那些暂时回收不了的火箭助推器、电子设备等,也是需要很大资金重做。如果能回收,就节省很多了,世界航天国家的中、美、俄、欧洲、日本、韩国等也在研究实践阶段,其中中国提出了新的低成本、低门槛解决方案——“用绳拦住”,当然最瞩目的就是美国spaceX的“垂直回收” 并且成功实验的是猎鹰9号(小型火箭)出太空后,垂直返回到海上回收平台。当然马斯克最近还有进行了一系列的大型飞船回收实验,一一爆炸了,但却是不断推进回收技术的发展。愿我国方面,更快实现火箭回收。

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