2021年全球航天探索大會在俄羅斯召開,中國航天科技集團一院院長、IAF副主席王小軍應邀作了題為《載人火星探測航天運輸系統》的大會報告。


會上,王小軍介紹了中國第一次火星探測任務“天問一號”和“祝融號”探測器的任務概況、總體方案、相關數據和視頻,以及中國未來深空探測計劃。

中國載人火星探測“三步走”計劃對外公布

王小軍簡要回顧了全球火星探測的發展情況,在此基礎上,提出了未來載人火星探測發展路線及任務架構,明確了載人火星探測任務航天運輸系統的組成、特點、總體方案與設計參數。


載人火星探測“三步走” 設想


第一步機器人火星探測(技術準備階段)


主要任務:火星采樣返回、火星基地選址考察、原位資源利用系統建設等。


第二步初級探測(初步應用階段)


主要任務:載人環火、軌道探測、載人火星著陸探測、火星基地建設等。


第三步航班化探測(經濟圈形成階段)


主要任務:包括大規模地火運輸艦隊,大規模開發與應用等。


載人火星探測任務架構


影響任務構架設計的因素有地火轉移軌道類型、出發時間、出發點、推進技術、是否采用氣動捕獲等。


地火轉移軌道類型:基本軌道分為長停留合式軌道和短停留沖式軌道。地球和火星之間也存在著循環軌道,可以定期重返地球和火星,適用于長期多次的載人火星探測任務。


出發時間:2033年、2035年、2037年、2041年、2043年等。


出發點:選擇高橢圓軌道(HEO)的出發較為合適。


推進技術:核熱推進是目前載人火星探測方案設計的重要選擇。核聚變推進理論上具有更高比沖性能,需要理論和技術的突破,適合作為載人火星探測更遠期的研究目標。


此外,我國還研究將天梯這一新型運輸系統作為空間出發點,能降低火星探測運輸的規模。


航天運輸系統的組成


在初期載人探測的總體構架方案中,運輸系統包括運載火箭、擺渡級地火轉移運載火箭、火星著陸與上升飛行器等多個運載器。針對該任務構架的不同階段,采用不同類型的運載器完成運輸任務。


每個階段技術特點


機器人火星探測階段:


采用大型或重型運載火箭,直接將探測器發射至地火轉移軌道,探測器采用化學推進,選擇脈沖式合式軌道,并利用反推制動達到火星進行探測。


初期載人探測階段:


針對軌道轉移設計了一種新型任務構架,該構架采用核電核熱推進組合、人貨分運,在近地球軌道(LEO)組裝,從HEO出發,配合使用火星氣動捕獲。


航班化載人火星探測階段:


采用核動力一體化運輸模式,從地球空間驛站、日地L2等基地出發,選擇地火循環軌道,地火循環軌道上已布置轉移飛行器,轉移飛行器的推進劑由地面或空間加注站補給。

中國載人火星探測“三步走”計劃對外公布

任務描述


進入地球軌道+地球軌道組裝+地火轉移+火星登陸與上升+火星軌道對接+返回地球


飛行時間:往返數百天


飛行距離:數百萬公里到數億公里


軌道交會對接:數次甚至10余次


設計參數


地球上升段:7枚重型運載火箭和1枚載人運載火箭,采用化學推進劑。


地球空間擺渡地火轉移階段:基于高比沖核電推進技術的擺渡級,以及基于高比沖大推力核熱推進技術的地火轉移運載器。


火星空間:基于化學推進的火星著陸與上升器。


地火轉移運載器:采用核熱核電雙模式,以三臺10噸級推力的核熱發動機作為主要動力,利用核電系統為各分系統提供電源。


載人型轉移運載器:總質量為246噸,加注108噸液氫,可以運送包括深空居住艙、載人飛船等共65噸的有效載荷。


載貨型轉移運載器:總質量為328噸,加注76噸液氫,有效載荷質量為206噸。


文章來源: 中國航天報,中國運載火箭技術研究院

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