中國載人火星探測將遵循“三步走”設想 2030年以後陸續發射
2021年06月23日17:07

圖片來源:中國航天報
圖片來源:中國航天報

  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。

  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、是否採用氣動捕獲等。

  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衝式軌道。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,適用於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衝性能,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,採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:

  採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,探測器採用化學推進,選擇脈衝式合式軌道,並利用反推製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,該構架採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:

  採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,地火循環軌道上已佈置轉移飛行器,轉移飛行器的推進劑由地面或空間加註站補給。

  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餘次

  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,採用化學推進劑。

  地球空間擺渡地火轉移階段:基於高比衝核電推進技術的擺渡級,以及基於高比衝大推力核熱推進技術的地火轉移運載器。

  火星空間:基於化學推進的火星著陸與上升器。

  地火轉移運載器:採用核熱核電雙模式,以三台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,加註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,加註76噸液氫,有效載荷質量為206噸。

  來源/中國運載火箭技術研究院

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