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美国私营航天运输系统企业创新解析(中)

时间:2017年02月04日 信息来源:《中国航天》 点击: 【字体:

3.比奇洛公司及充气式太空舱

美国内华达州拉斯维加斯的比奇洛航天公司(Bigelow)由美国旅馆业大亨罗伯特·比奇洛创建。罗伯特·比奇洛投身商业航天的初衷是认识到未来太空旅馆的巨大商机,而充气式太空舱是一种很好的太空旅馆解决方案。该技术可以应用于一种奇特的太空站方案,即用一系列可在太空充气的太空舱组装成一个载人空间站,甚至可以组成一个空间基地、月球基地。

充气式太空舱的方案设想起源于20世纪60年代,最早的工程应用为美国第一颗通信卫星“回声”1号。比奇洛公司致力于充气式太空舱研究后,在2006年和2007年先后成功发射了“起源”l和“起源”2两艘不载人的实验舱并成功在轨运行。同时,该公司积极与NASA开展合作,开始制造BEAM充气太空舱,20164月搭载“猎鹰”9火箭发射,与国际空间站对接。充气式太空舱需要解决太空环境下微陨石撞击或者其他空间碎片撞击造成的对充气结构致命性破坏的问题,需要开展严格的空间环境适应性测试,后续将进一步研究充气式太空舱如何能够在未来开展的月球甚至火星飞行任务中发挥作用的问题。

比奇洛航天公司创新的特点在于原始想法、现代技术与空前创意的结合,也就是说,在空间开展充气式装备的研制是一种很早之前就存在的想法,这种想法受制于当时技术条件限制无法充分应用;伴随着材料技术、充气技术的发展,研制具有多种用途的充气式装备成为可能;比奇洛航天公司将“在太空开旅馆”的创意与充气式太空舱、空间站甚至深空探测结合在一起,实现了极大的创新。

4.内华达山脉公司及“追梦者”

内华达山脉公司致力于发展适应21世纪的安全、创新、现代、灵活和高效的载人运输系统,其典型产品为“追梦者”航天飞机。“追梦者”航天飞机为7座带翼飞行器,外形类似小型航天飞机,具有多任务能力,能够作为独立的科学实验平台,提供安全、可靠和低费效比载人及关键货物近地轨道运输能力,或者作为支援保障飞行器,完成在空间搜救、检修、更新、装配或部署等作业。

根据内华达山脉公司公布的信息, “追梦者”航天飞机后续有三个发展方向:一是载人发射,也就是为国际空间站提供乘员运输服务,同时可满足近地轨道太空旅游等载人飞行需求;二是实现载人进行空间卫星维修或者空间碎片清除;三是作为移动平台执行科学探测任务。“追梦者”的技术新颖之处包括满足现有运载火箭整流罩包络要求的折叠翼设计、很高的可重复使用性等。

内华达山脉及其“追梦者”航天飞机在2014年未能入选NASA商业乘员运输能力计划的情况下,仍没有放弃,并且在2015年重新得到NASA支持,后续将执行国际空间站商业货运任务(CRS)。同时内华达山脉积极开展与日本、欧洲的国际合作,为项目创新争取了多方面支持。

5.火箭实验室公司及“电子”(E I ectron)

火箭实验室公司(Rocket Lab)成立的目标是提供包含一系列完整火箭系统和技术的快速、低成本有效载荷部署方案,即采用不少于每年100次频率及低成本高收益的发射来占领小卫星发射市场,其主要产品为“电子”火箭,其外形酷似迷你版本的“猎鹰”9火箭。

“电子”火箭动力系统采用“卢瑟福”(Rutherford)发动机,最大推力约为206干牛。这是第一个采用无刷直流电机及高性能锂电池驱动涡轮泵的发动机,还将采用3D打印生产主要组件,包括泵、再生冷却推力室、主推进剂阀门、喷嘴等;火箭结构系统充分利用高强度、低质量的碳纤维复合材料,全箭采用复合材料贮箱,实现了卓越的结构效率控制;火箭与卫星之间采用“即插即用”接口,通过简化的设计方案消除运载火箭与卫星连接造成的技术风险,提高了运载火箭发射适应性;采用智能的FPGA架构实现综合电子系统研制,对全箭提供极高可配置性、快速响应速度和系统可靠性,并且极大地降低综合电子系统质量,只有约86千克。

对小型火箭而言,低成本与高效率是研制中必须着重考虑的问题。“电子”火箭将带动3D打印、综合电子等技术的充分应用,集成为一个简化、低成本的小型运载火箭,并且已经开始在网上预售发射服务。

6.其他公司

除上述公司外,美国还有若干商业航天公司从事航天运输系统的研究工作。美国芝加哥行星空间公司的研究重点是一种航天飞机,可进行地球表面高超音速快速飞行,实现点对点运输,典型目标为“20分钟内从纽约到巴黎”。XCOR公司研制的航天器从一次发射到下一次发射周转时间只需要2个小时,亚轨道太空飞行业务只需要95万美元。维珍银河公司正在研制液氧/煤油动力的两级小型空射运载火箭“运载器”1号,载机为“白骑士”2号或者波音747飞机。

针对小卫星发射、太空旅游或者载人点对点快速抵达等未来需求,美国私营航天企业充分发挥各自优势,在空中发射、航天飞机、微小型火箭等领域开展创新性的研究,为美国航天运输系统提供了多种途径的解决方案。

 

 

(作者:陈海鹏 魏威 牟宇 李强)
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