天舟二号再推迟,拉货6.6吨相当于2艘货运龙飞船,为何不搞回收?

天舟二号货运飞船两次推迟发射,第一次是由于为发射台降温降噪的喷淋装置出了问题,文昌一共就两个发射台, 不能为了发一枚火箭而毁掉其中一个。不过这也无妨,毕竟火箭没问题,只要排除了发射故障就能恢复发射。第二次推迟的原因还未公布,但航天领域推迟发射是家常便饭,原因五花八门,不用过于纠结。

天舟二号计划由长征七号火箭发射

不知大家注意到没有,天舟二号这艘货运飞船虽然没有天问一号和天和一号那么有名,但它却也是一个货真价实的大家伙:长度10.6米,直径3.35米,最大发射质量达到了13.5吨,相当于一辆中型货车。

天舟二号可以一次向空间站运送6.64吨的补给,包括4.69吨的上行货物和1.95吨的推进剂,总重量接近最大重量的一半,是世界现役货运飞船中最高的。它不仅能运送物资,还能为空间站补加燃料,技术水平相当高,尤其是6.6吨的货运能力,相当于俄罗斯进步M货运飞船的3倍,或者是SpaceX货运龙飞船实际水平的2倍。

天舟二号货运飞船相当巨大

说到货运龙飞船,它继承了SpaceX公司的一贯风格,是目前世界上唯一能够回收并再次使用的货运飞船。很多资料上说它的上行货运能力达到了6吨,实际上有很大的水分。它为了实现回收,将返回舱和推进舱合在一起做成一个倒锥形,并且具有隔热烧蚀层,能够以极高速度返回大气层,并在降落伞的辅助下在海面溅落。而在倒锥形舱段后部还设置了一个圆柱形的非加压货舱,从外形上看占据了飞船的大部分体积。非加压舱只能运送一些空间站的部件或卫星,需要宇航员用太空行走的方式将货物从里面取出来。

货运龙飞船,前面的锥段为回收部分,后面的圆柱为非加压货舱

这样一来,龙飞船运送的补给品只能装在加压舱中,最多只能装3.3吨,仅有天舟二号的一半。实际上,第一代龙飞船共执行了20次空间站补给任务,共送去了43吨补给,平均每次才两吨多一点,不到此次天舟二号任务的三分之一。相比之下,天舟飞船的货舱是标准的圆柱形,空间巨大,而且有全密封、半密封和全开放三种构型,实际的货物上行能力远强于龙飞船。

但可回收能力为龙飞船带来了独特的优势:不仅可以通过多次使用来降低成本,还能够从空间站上运送2吨左右的物品回到地面,而不像其它货运飞船那样只能在大气层烧掉。这为一些太空科研项目带来了巨大的好处。相比之下,天舟飞船虽然上行货运能力超强,但并不具备重返大气层的气动外形以及烧蚀隔热瓦等设备,没有考虑回收,会在离开空间站后回携带着下行的废弃物在大气层中烧毁。

返回后的货运龙飞船

由于天舟飞船的外形所限,将来也不可能具备回收能力。为什么这样一个大家伙不考虑回收呢?其实,虽然现在SpaceX把航天器回收的概念玩得很溜,显得非常高大上,但并不是啥玩意儿都需要回收的,要考虑一个费效比的问题。以天舟飞船为例,从它的使命上来讲就完全没有必要搞回收!

要知道,像猎鹰9号那样回收一级火箭相对比较容易,因为一级火箭与上面级分离时的速度和高度都不是太大,一般是在80公里左右的高度上与第二级分离,分离时的速度大约在1.6公里/秒左右,然后由于惯性会向上冲到160公里左右才会下落。在这样的条件下,一级火箭在下落过程中与大气层的摩擦并不是很剧烈,不用隔热瓦也不会烧坏。

猎鹰9号回收第一级

但如果想回收火箭的第二级,或者是龙飞船,难度就会大大增加,因为飞船是要进入轨道的,其速度已经接近第一宇宙速度,实际上大约在7.8公里/秒左右,是步枪子弹出膛速度的10倍以上。当飞船离开空间站再入大气层时,相当于一颗流星,会与大气发生剧烈的摩擦,必须设计成特定的形状,并且敷设隔热瓦才能够扛住,否则就会烧成灰烬。

这样一来,龙飞船就被设计成了上细下粗的倒锥形,造成内部空间没有圆柱形那么大。而隔热瓦、减速伞等又增加了额外的重量,因此加压舱的载货量仅有天舟的一半。虽然后面的非加压舱段号称也能装货,但毕竟运不了补给品,意义远没有加压舱货运能力那么大。

飞船再入大气层会产生大量热量

如果参考货运龙飞船,将天舟也设计成可回收的形式,也并非做不到。最简单的就是将神舟载人飞船或新一代大型载人飞船改装一下,就能够实现。但这势必会像龙飞船一样,使得内部空间和载重量大幅降低。 如果要运送同等重量的物资和燃料,用现有方案只需发射一次,而改成可回收形式有可能就要发射两次,额外的发射成本不容忽视。另外飞船回收的只是返回舱,回到地面已经烧得面目全非,还需要整修维护,再配上推进舱段才能再次使用。与不回收方案相比,哪个成本更低还真不好说!

估计会有人说:即便回收的成本未必低,但能够把空间站的东西运回地面,还是有很大意义的。在货运龙飞船出现之前,要实现物资下行只能通过往载人飞船里多塞点东西来实现,效率相当低,也极不方便。其实我国空间站已经考虑了这一点,除了主要用于上行的天舟货运飞船外,还专门设计了一种柔性充气式货物返回舱,能够以低成本实现空间站货物的下行。

柔性充气式货物返回舱

这种柔性返回舱如同一个充气大盾牌,通过如橡皮艇一般的气囊来化解再入大气层产生的热量,与传统的飞船返回舱相比大大降低了成本。2020年我国长征5号B首发时,除了载人飞船试验船之外,就搭载了一个这样的实验性充气式货物返回舱,遗憾的是试验未成功,充气返回舱烧毁了。不过这种理念是很合理的,一旦将来试验成功,就将大大缓解空间站货物下行的压力。

通过天舟货运飞船和柔性充气式货物返回舱,我国空间站可以在不使用可回收货运飞船的条件下,实现空间站的补给和维持,走出一条更有中国特色的创新途径,而完全不用照搬别人的思路了。

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