大质量高轨航天器的抵靠接力推进发射方式

顾景林

抵靠接力推进发射方式是在发射大质量高轨道航天器时，先将航天器发射到近地轨道停泊，然后根据需要用一个或多个独立的火箭推进器(相当于无需与航天器同次发射升空的第三级火箭)与之靠接，进行抵靠接力推进，将航天器分次推进入轨的发射方式，该发射方式可降低对地面发射火箭的功率要求，也适用于对返回航天器的制动。

所谓“靠接”是一种仅以传力为目的简易太空对接，功能近似于级间连接，没有飞船的舱室及缆管连通、密封等要求，不需要牢固的机械连接，完成推进后可分离。为便于对接和分离，有可能采用简单的尖锥导向的承插机构。

这是网上的船箭分离模拟图，借以表达船箭靠接的逆过程

为了减少航天器在轨等待对接时间，火箭推进器可在不同发射场或同一发射场的不同发射塔架进行短间隔追踪发射。也可以预先发射，在轨等待。这种技术也可用于挽救未能正常发射入轨的航天器，但航天器需预先配备便于与火箭推进器靠接的接口。

用本方式发射大质量深空航天器，地面火箭发射能力只要能够满足将航天器以第一宇宙速度发射到能够短期维持的低近地轨道的要求就够了，后续推进能力从理论上讲是可以分次无限供给的。因此，限制环节仅在地面火箭的近地轨道发射能力上，后续推进不存在问题。

后续推进可以是以提高航天器运行动能为目的，每圈一次在近地点进行，也可以是以提高轨道高度为目的，每半圈一次在相邻拱点进行。达到一定高度的轨道，逃逸速度远远低于7.9km/s，不需要太大推力即可将航天器推向深空。

本方式摒弃了那种直接从地面将航天器整体用蛮力火箭一次性推送入轨的思路，将任务需要专门新研的装备分解、转化为成熟可靠的常规技术装备的重复、叠加。譬如可以发射火箭推进器与运行在近地轨道的神舟飞船靠接，将其进一步推进到奔月轨道。这样，地面发射就可能无需象“土星五号”那样的超大推力火箭，可减少超大推力火箭发射对地面环境的影响。目前中国研发中的大火箭努力达到的目标是：地月转移轨道发射能力25吨级，近地轨道发射能力70吨级。若采用抵靠接力推进发射方式，则可用火箭推进器将这70吨的近地轨道载荷接力推送到地月转移轨道，而将25吨的载荷送入地月转移轨道，采用现有的“长征五号”或其改进型配合另外的火箭推进器就可实现。

确立这种模式后，发射深空航天器不必每次都研制专门的发射系统，无论目的地多远，地面都只需发射到近地停泊轨道，然后由另外的发动机推力比航天器自带发动机更大的独立火箭推进器将它接力推进到目的地，这样就可以节省大量研制经费，加速研制进程，提高可靠性，无论发射哪个星球的探测器，都可以马上着手进行。

在三种扩充运载能力的方式中，火箭推进器本身是完整的大推力火箭，自带发动机和燃料，对接简单，靠上就推，比较快捷。燃料补加利用的是航天器原有发动机和燃料存储空间，不增加发动机和壳体的重量和成本，燃料补加是填充航天器剩余的燃料存储空间，一般是在自带燃料消耗到一定量后进行。外挂燃料包的特点是不带发动机，壳体只是燃料容器，刚性要求低，增重较小，可提供附加的燃料存储空间，不必等待燃料消耗、补加过程。但如果航天器原有发动机功率较小，仅仅补充燃料的两种方式就无法获得更大的推力。

　　看惯了从地面将小质量航天器一次性发射入轨，可能会不习惯多次补加、对接的发射方式。在地面运输中，当货物重量超过车辆运载能力时，人们采取的是分次运输的策略，而不是为了能够把一批货物一次性运走而专门研制更大的车辆。在航天运载上，以往因为火箭运载能力处于较低水平，确有提高的必要，故在遇到要求更大运载能力的发射任务时，采取了专门研制更大推力火箭的策略。但是当运载能力提升到一定水平后，必然会改用分次运输的策略。用相对小的运载工具分次运输大的质量是必由之路，应当顺应这种趋势。就象用一辆油罐车运一趟灌不满一个大油库，就多用几辆油罐车多跑几趟一样天经地义。

参考文献

顾景林｜简化奔月条件加速登月实现｜2020年1月1日“讲地又讲理”公众号