limao100 发表于 2023-10-28 14:46:54

中国新一代载人飞船与神舟系列飞船、国外第三代飞船相比有哪些不同?

中国新一代载人飞船与神舟系列飞船、国外第三代飞船相比有哪些不同?

hao898 发表于 2023-10-28 14:47:23

中国航天再一次吸引了全世界的关注!7月17日,杨利伟在接受采访时表示,我国正在研制新一代的载人飞船,相关采访于7月18日得到路透社报道。这一次,我们剑指月球!


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载人登月的壮举非常人所能想象,就连今天的美国,也无法马上再现阿波罗计划的辉煌,而是只能通过几年的艰难攻关,力求在2025年之前重新将宇航员送到月球。这对于没有载人登月壮举的我们来说,难度自然就更大了。
工欲善其事,必先利其器。想要登陆月球,离不开强大的航天器。根据我国最近公布的计划,在2030年,我们的航天员就要登上月球了。届时他们乘坐的,就是新一代的载人飞船了。
看到这你肯定会好奇:现有的神舟飞船难道不香了吗?它是否存在某些问题呢?


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别看我国在2003年才首次将航天员送上太空,其实我们早在1958年就展开载人航天工程的规划工作了,彼时加加林都还没有进入太空。在研制第一颗人造卫星的时候,我国也考虑对载人飞船进行研制。
20世纪60年代,我国更加重视对载人飞船的研究,决定将飞船命名为曙光一号,并且论证了可载1名、2名、3名和5名航天员的四种方案。在1970年的《关于研制载人飞船、通信卫星、导弹卫星的请示报告》中,我国一度计划在1973年发射无人飞船,1974年发射载人飞船。


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到了1971年,国内的政治形势出现变化,载人航天工程遭到了许多人的反对,曙光一号的研制面临重重困难。1974年,我国最终还是决定放弃曙光号载人飞船的研制,避免参与到美苏太空竞争的漩涡中,并且把主要的精力和资源应用到国家亟需的应用卫星上。
尽管我国最早的载人航天工程就这样戛然而止,当时的努力也并没有白费。不论是在航天员选拔、航天医学方面,还是在高空生物实验以及实验设备研制等领域,我国都积累了一定的经验,培养了一批专业人员,为未来的打下了一定的基础。
1986年,我国出台了“863”计划,要求重点发展七个领域的先进技术,其中航天技术位居第二,可见我国对这个领域的重视程度。


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1992年9月,中央决策实施载人航天工程,并确定了中国载人航天“三步走”的发展战略:第一步是发射载人飞船,建成简单却完善的试验性载人飞船工程,初步进行空间应用试验;第二步是验证航天员出舱活动、空间飞行器的交会对接技术以及空间实验室;在前两步累积的经验基础上,我国在第三步实现空间站的建设,让航天员能够长期驻轨执行任务。
经过多年的研制,我国终于得到了属于我们自己的载人飞船——神舟系列载人飞船。1999年11月20日神舟一号飞船搭乘长征二号F运载火箭,在酒泉卫星发射中心发射升空。虽然飞船运行过程中遇到了一点小小的波折,最终还是顺利地完成了任务。


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2001年1月10日,我国又发射了神舟二号飞船,这一次同样是无人飞船。到了2002年的神舟三号和神舟四号飞船,我国采用了搭载模拟人的方式进行了测试,同样比较顺利。
接下来,就是众所周知的2003年的神舟五号载人飞船了,杨利伟成为了我国第一位登上太空的航天员,创造了中国的历史,我国也成为了世界上第三个能够独自将人类送上太空的国家。


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一直到2016年神舟十一号完成任务,我国的载人工程暂时告一段落,因为接下来,我国就要建设自己的空间站了。
2021年,我国发射了空间站的天和核心舱,随后神舟十二号乘组入驻。如今,我们的神舟系列载人飞船已经发射了十六艘,任务成功率百分之百,可以说是世界上最可靠的载人飞船之一。


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既然如此,为什么我国还要研制新的载人飞船呢?因为现有的飞船已经比较落后了,无法满足未来的航天需求。这件事还要从神舟飞船的结构说起。
神舟系列载人飞船采用的是三舱一段结构,三舱指的是返回舱、轨道舱和推进舱,一段指的是附加段。


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只看名字的话,你可能以为航天员只有在返回地表时才会使用返回舱。其实它还有一个名字,叫“座舱”,或者说得通俗一点,就是航天员的“驾驶室”。也就是说,航天员往返太空的过程中,都需要栖身于返回舱内。


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轨道舱又叫太空舱,当载人飞船进入轨道后,航天员就要在这里工作和生活了。这里就相当于迷你的空间站,储备着航天员的食品、饮水以及各种生活装备,还有空间应用和科学试验用的仪器设备。


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推进舱又叫仪器舱、设备舱,内部包含着发动机和推进剂,还有电源、环境控制以及通信等系统的设备。我们在载人飞船尾部看到的带有太阳翼的部分,就是推进舱。推进舱可以帮助飞船调整姿态和轨道,提供制动减速所需的动力,帮助飞船完成使命。


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有人已经注意到:既然轨道舱和返回舱都有加压空间,为何还要分成两个不同的舱段呢?
事实上,神舟系列飞船的三舱式构型,在最初设计时参考了苏联的联盟号飞船,后者也是三舱构型。


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当时,苏联是为了登月任务设计这个型号的载人飞船的,为了降低研制的难度,他们不得不设计了比较小的返回舱。我们的神舟飞船返回舱和联盟号一样都是钟型的,这种设计的好处之一就是尽可能地增加内部容积。即便如此,该容积的增加幅度也非常有限。这么小的空间,最多能支持近地轨道任务,载人登月可就差远了。


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既然一节“车厢”不够用,前苏联索性再加一节“车厢”,这就是轨道舱。多了一个舱段,载人飞船的加压空间就大幅提升了,解决了空间不足的难题。虽然后来苏联放弃了载人登月的计划,轨道舱的设计似乎就没有必要了。但轨道舱的空间大幅提高了航天员的舒适度,因此被保留了下来。
随着各项技术的发展,大直径的返回舱的难度大大降低,内部的空间得到了大幅提升。除了返回舱之外,轨道舱和推进舱则消失了,取而代之的是一个单独的服务舱,也就是两舱式构型。不论是NASA的猎户座飞船,Space X公司的载人龙飞船还是俄罗斯研制的联邦号飞船,都是这样的。


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除了构型之外,世界上最先进的载人飞船还朝着可重复使用的方向发展。新的返回舱所具备的高耐热性能,也将使其大部分功能都可以重复使用,大幅降低载人航天的成本。
更牛的是,新一代飞船不仅可以载人,还能够运货,充当货运飞船。我们现有的天舟货运飞船虽然也很强大,但不具备下行能力,也就是说,它不擅长将空间站内的垃圾带回地球进行销毁。
在这种趋势下,我国自然也不可能落后,于是也展开了两舱式新型载人飞船的研制。早在2016年长征七号火箭首飞时,新一代多用途飞船的缩比返回舱就是其主载荷。


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根据中国载人航天工程副总设计师杨利伟的介绍,我国最近已经对新一代载人飞船进行了试验,结果“很成功”。预计在2027年或者2028年,该飞船就可以进行首次飞行了。新的载人飞船需要配备新的火箭,但届时我国的最新火箭可能尚未研制成功,因此首飞很有可能仍然是搭乘长征七号运载火箭。
此前还有报道称,我们的新一代载人飞船有近地版和登月版两种不同的形态,简直是无所不能的变形金刚。其中,近地版的重量约为14吨,这几乎就是长征七号的运载极限。登月版需要更大的服务舱和更多的推进剂,重量达到了20吨。长征七号无法完成这样的任务,届时我们的新一代载人运载火箭将会问世,那就是长征十号。


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长征十号的地月转移轨道运载能力可以达到27吨,承担这项任务绰绰有余,并为新一代载人飞船提供了进一步发挥的空间。和现在的神舟飞船相比,未来的载人飞船能乘坐6到7人,在轨停靠空间站的时间也从半年增加到2至3年,可以满足更艰难的近地轨道空间站和深空载人任务需求。


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另一方面,新一代飞船的上行货运能力可达4吨,虽然这一点略逊于天舟飞船,但下行货运能力也可以达到2.5吨。随着我国空间站任务的多样化和深入,这样的功能也是必不可少的。
最近不论是关于新一代火箭还是整个登月计划的消息,都被频频放出,可见我国在这项伟业上的进展还是相当喜人的。预计在2030年,咱们中国人就要把脚印留在月球表面了。2033年,我们还有望展开月球科研站的建设。


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尽管世界第一航天强国美国在载人登月方面比我们早,但论及最先建立“月球基地”,他们恐怕就要落后于我们了。

ccbyoujian 发表于 2023-10-28 14:48:17

2022年7月11日,网友“China航天”发布的网帖引起广泛关注。帖子中显示,中国神舟载人飞船单艘成本为8.5亿元(1.26亿美元),而天舟货运飞船的成本为3.5亿元(5200万美元)。我们只知道航天器的成本不会低,但想必很多人以前都没有确切的概念。现在突然看到8.5亿元可能吓一跳,这可比俄罗斯联盟号的3000多万美元的票价要高很多……事实果然如此吗?这个价格与国际同行相比孰高孰低呢?


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大家可能觉着一个网帖可信度不高,毕竟航天器成本应当属于机密内容,怎么可能随便通过一篇帖文暴露出来呢?其实,这次的内容可信度还是相当高的。帖文中使用的数据截图来自一篇专业论文,该论文于2021年9月18日发表在《中国科学:技术科学》期刊上。
这本刊物由中国科学院主管,中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办,刊物中收录的论文,权威性和准确性应当不会存在问题。


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如此看来神舟载人飞船8.5亿的成本是准确的,那这样的价格,在国际上是高是低呢?真比俄罗斯联盟号贵不少?
俄罗斯联盟号飞船乘员数同样为三人,俄官方并未对外公布其具体成本,很多网友测算其价格,都是依据2022年3月30日,它从国际空间站把美国宇航员马克·范德·黑接回地球,向美国收取的票价计算出来的。


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当时俄罗斯航天局把人接回地球后,向美国收取20亿卢布费用(约3430万美元),当时因为俄美双方矛盾重重,俄罗斯拒收美元坚持要美国以卢布支付,还差点导致美国赖账,直到2022年6月才圆满解决。


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单座3430万美元,三个座位合计为1.03亿美元。就算俄美两国关系恶劣,俄罗斯向美国报出的包含利润在内的商业报价,折算下来也比中国的神舟飞船1.26亿美元的成本要低2300万美元,如果单纯算成本的话,那自然就更低了。于是很多人惊呼,神舟飞船票价比俄罗斯联盟号贵很多,但实际上这是“抛开事实不谈”,断章取义带节奏而已。


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首先,俄罗斯联盟号收的3430万美元,只是从国际空间站返回地球的单程票,自然不能直接和神舟飞船的往返票相比,如果按照联盟号票价折算往返价,那就是2.06亿美元,可是远高于神舟飞船的成本。


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其次,关于联盟号利润问题。即便按照30%的利润计算,联盟号的成本依然在1.44亿美元之上,仍然高于神舟飞船;只有扣除40%的利润,联盟号运输成本(1.236亿美元)才和神舟飞船大约相当。


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所以,神舟飞船成本高于俄罗斯联盟号,根本就是无稽之谈。更重要的是,俄罗斯可不是一直给美国这样的优惠票价,单程3430万美元的价格,只是美国龙飞船试飞成功后,俄罗斯不得已降价而已。早在2012年美国航天飞机刚退役那会,俄罗斯飞船的单程票价,直接从两三千万美元翻到5000多万美元,而且还摆出一副美国爱坐不坐的嚣张架势。


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因为当时美国自己没有飞船,再高的价格也只能捏着鼻子认了,只是没想到俄罗斯得寸进尺,每当两国关系不好时,俄飞船的票价就应声上涨,最高时涨到每座9000多万美元。2020年10月13日,SpaceFlightnow网站发布消息显示,美国宇航员凯特·鲁宾斯搭乘俄罗斯联盟号飞往国际空间站,美国宇航局为此支付了9030万美元的票价。


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如此天价,俄罗斯也不怕客户流失,因为当时能和美国合作的只有俄罗斯,全球独此一家别无分号!本来中国也有载人飞船,也有能力把美国宇航员送上天,奈何美国《沃尔夫条款》关闭了中美航天合作的大门,这就只能爱莫能助了。这就是搬起石头砸自己的脚,美国把自己洗干净了躺案板上,任由俄罗斯宰割。


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直到后来马斯克Space X公司的龙飞船试飞成功,俄罗斯才稍微收敛,把联盟号的票价降到合理范围之内,否则美国这个冤大头可真就要跑了,然后票价基本维持在3000多万美元的水平上。之所以美国还没完全放弃俄罗斯,只是因为SpaceX的龙飞船还无法完全满足美国航天任务的需求。


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作为美国自己的企业,龙飞船给美国宇航局的价格,自然比俄罗斯稍微优惠一点。据美国宇航局数据显示,龙飞船每个座位的票价为5500万美元,按照3位乘员计算的话,大约为1.65亿美元,而这依然高于我国神舟飞船的价格。


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在美国的几款航天器中,龙飞船算是票价最低的,美国波音开发的星际航线 CST-100票价为9000万美元,而美国之前用的航天飞机则高达1.7亿美元,在价格方面,美国确实从来没让人失望过,也难怪美国决定停用航天飞机,实在是价格高攀不起啊。


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总体而言,俄罗斯和美国两国载人飞船的票价显然都比神舟飞船高一大截。所以,往返一次需要8.5亿的成本,初看起来很吓人,实际上还是低于其他国家同类产品价格的,毕竟在用最少的钱办最大的事方面,世界上还没有哪个国家能比得上中国。


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比完了载人飞船,接下来我们再看货运飞船哪家价格更低。我国天舟货运飞船的成本为3.5亿元(5200万美元)。而据俄罗斯发射服务提供商 Glavkosmos Launch Services发布的消息显示,俄罗斯进步号的发射成本为4850万美元,而美国货运飞船的发射成本在5500~6500万美元之间。


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看起来天舟飞船的成本高于俄罗斯而低于美国,但实际上,天舟的最大载荷约为6.4吨,平均每千克运费为8125美元;而进步号的有效载荷仅为2.4吨,平均运费为2万美元每千克;而美国龙飞船载荷为3.3吨,平均运费1.67万美元每千克。三个国家的飞船相比,天舟飞船才是单位成本最低的。


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无论从哪方面比较,中国航天都是三个国家中最省钱的!以前因为穷,中国科研人员只能用有限的经费花小钱办大事,现在虽然有钱了,但这个优良传统依然没丢。即便有人觉着8.5亿不是个小数目,但航天事业意义重大,不能简单地以金钱多少来衡量,只要技术够先进,哪怕多花点钱也无所谓,毕竟现在国家有钱了,而咱们的目标也是星辰大海。
参考资料:
张嘉城等,空间站长期运行的在轨事件和运输访问的综合规划,2021,《中国科学:技术科学》作者:芒果很忙 校稿编辑:W

qwertlina 发表于 2023-10-28 14:49:00

老外观看中国神舟12号载人飞船发射,国外网友:中国太空计划的又一个里程碑

yanwen 发表于 2023-10-28 14:49:43

与神舟飞船的三舱结构相比,新飞船是两舱结构,由返回舱和服务舱两部分组成。其中返回舱为乘员仓和控制仓,服务舱提供动力和能源。

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此外,还有几大特点
乘坐更舒适
返回舱密封舱空间比神舟飞船大了1倍,可以给航天员提供更舒适的乘坐环境。宽带网络控制系统配合穿戴式显示仪表,让航天员时刻了解飞船实时状况,减轻工作负担。

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任务适应性更强
不仅可以满足近地轨道和空间站任务,在返回舱不变的情况下,更换动力更强劲的服务舱以后,还可以进行月球及深空探测任务附。

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更安全
返回舱分为密封舱和非密封舱,其中密封舱内只安装环境控制和生命保障、人机交互等与航天员息息相关的设备,其他设备均安装在非密封舱中。同时配置的单组元无毒发动机,可以给航天员更安全的保护。

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更先进
配置了更多先进的技术手段。比如返回舱由新型轻质防热材料组成的热防护层,耐热性更好而且更加轻便。由于规模变大,重量随之增加,返回舱采用伞群技术,使用三顶和神舟飞船一样大的降落伞,同时配备了六个柔软的大气囊。这样就可以保证舱体结构不受损,实现多次利用的目的。

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规模更大
返回舱的体型比神舟飞船的更庞大,可以乘载更多的航天员。对密封舱稍加改动,就可以从“客车”变“货车”,给空间站运送大量的补给物资,或者把航天工程师们在空间站所做的一些试验样品带回地球。

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更经济
为了降低进入太空的成本,返回舱被设计成可重复使用的结构。而且为了提高重复使用率,工程师把原先在服务舱的一些高价值的设备全部放在了返回舱,例如星敏感器、计算机等等。返回舱的防热层都是耐烧蚀的新型轻质防热结构。每次执行完任务,只需更换热防护层,并做一次全面检测,就可以再发射。

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