中國未來深空探測計劃公布 載人火星探測“三步走”

中航集團(tuán)一院院長、IAF 副主席王小軍應(yīng)邀參加 2021 年全球航天探索大會，并作了題為《載人火星探測航天運輸系統(tǒng)》的報告。

他向大家介紹了中國第一次火星探測任務(wù)“天問一號”和“祝融號”探測器的任務(wù)概況、總體方案、相關(guān)數(shù)據(jù)和視頻，以及中國未來深空探測計劃。

在此基礎(chǔ)上，他提出了未來載人火星探測發(fā)展路線及任務(wù)架構(gòu)，明確了載人火星探測任務(wù)航天運輸系統(tǒng)的組成、特點、總體方案與設(shè)計參數(shù)，并提出了載人火星探測“三步走”的設(shè)想。

第一步機器人火星探測(技術(shù)準(zhǔn)備階段)

主要任務(wù)：火星采樣返回、火星基地選址考察、原位資源利用系統(tǒng)建設(shè)等。

第二步初級探測(初步應(yīng)用階段)

主要任務(wù)：載人環(huán)火、軌道探測、載人火星著陸探測、火星基地建設(shè)等。

第三步航班化探測(經(jīng)濟圈形成階段)

主要任務(wù)：包括大規(guī)模地火運輸艦隊，大規(guī)模開發(fā)與應(yīng)用等。

載人火星探測任務(wù)架構(gòu)

地火轉(zhuǎn)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(huán)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(wù)。

出發(fā)時間：2033 年、2035 年、2037 年、2041 年、2043 年等。

出發(fā)點：選擇高橢圓軌道(HEO)的出發(fā)較為合適。

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

此外，我國還研究將天梯這一新型運輸系統(tǒng)作為空間出發(fā)點，能降低火星探測運輸?shù)囊?guī)模。

航天運輸系統(tǒng)的組成

IT之家了解到，在初期載人探測的總體構(gòu)架方案中，運輸系統(tǒng)包括運載火箭、擺渡級地火轉(zhuǎn)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(wù)構(gòu)架的不同階段，采用不同類型的運載器完成運輸任務(wù)。

每個階段技術(shù)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(fā)射至地火轉(zhuǎn)移軌道，探測器采用化學(xué)推進(jìn)，選擇脈沖式合式軌道，并利用反推制動達(dá)到火星進(jìn)行探測。

初期載人探測階段：

針對軌道轉(zhuǎn)移設(shè)計了一種新型任務(wù)構(gòu)架，該構(gòu)架采用核電核熱推進(jìn)組合、人貨分運，在近地球軌道(LEO)組裝，從 HEO 出發(fā)，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(fā)，選擇地火循環(huán)軌道，地火循環(huán)軌道上已布置轉(zhuǎn)移飛行器，轉(zhuǎn)移飛行器的推進(jìn)劑由地面或空間加注站補給。

任務(wù)描述

進(jìn)入地球軌道 + 地球軌道組裝 + 地火轉(zhuǎn)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(shù)百天

飛行距離：數(shù)百萬公里到數(shù)億公里

軌道交會對接：數(shù)次甚至 10 余次

設(shè)計參數(shù)

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(xué)推進(jìn)劑。

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

火星空間：基于化學(xué)推進(jìn)的火星著陸與上升器。

地火轉(zhuǎn)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(fā)動機作為主要動力，利用核電系統(tǒng)為各分系統(tǒng)提供電源。

載人型轉(zhuǎn)移運載器：總質(zhì)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(zhuǎn)移運載器：總質(zhì)量為 328 噸，加注 76 噸液氫，有效載荷質(zhì)量為 206 噸。

關(guān)鍵詞： 深空探測 載人 火星探測 中國