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21-09-10 18:39 微博认证:科学科普博主

【面对新一代航天运输发展系统的压制竞争优势,中国应直面短板、摒弃弯道超车】
一、我国航天发射运输系统发展现状
我国现役运载火箭型谱较为完善,运载能力已达世界先进水平,但运载效率总体偏低(图1),所拥有的4个发射场在数量和区位的优势上较为明显,但文昌发射场的发射容量尚有待提升(图2)。

二、我国航天发射运输系统发展问题
1)体系不够完善
长期依赖一次性火箭,轨道转移飞行器、重复使用运载器发展缓慢,无毒无污染火箭体系不够完善,且未形成合理运载能力台阶。
2)测试发射不够简洁
发射场测发操作繁杂、参与人员多,箭地一体化设计和无人值守有待加强,信息化和智能化应用有待拓展。
3)技术更新缓慢
发射运输系统载荷的通用化适应能力有待加强,异轨部署、高低轨转移等技术尚需要进一步发展,发动机核心技术能力发展相对滞后。
4)产品质量待提升
近年来面临较为严峻的质量形势,重大问题接连发生,商业发射频频推延,成熟产品故障频发,迫切需要对产品质量提出更高要求。

三、未来航天运输系统发展趋势
1)低成本进入空间将改变百年航天格局。以扁平化管理的SpaceX为代表,其可复用火箭猎鹰九号,大幅降低发射成本(图3/4),进而使星链这类超大规模星座组网变成现实,并造成大国航天面临代际竞争局面。同时,航天消费市场迎来蓬勃发展,表现为个人消费市场前景广阔,发射产业占比则逐渐减小(图5)
2)组合动力的亚轨道飞行器是实现远程跨域运输的理想工具,有望突破百年航空运输效率极限(图6为云霄塔SKYLON空天飞机)。
3)发展高可靠、公交化、极低成本的天地往返运输系统,是支撑大量商业化空间碎片移除、维系空间环境的必由之路。
4)空间轨道多样性催生多样态全域发射能力:低轨道小倾角小卫星星座发射成为商业航天主流(图7),批量发射成为星座部署的手段,陆基为主、海空基为辅的多样态全域发射能力快速形成。
5)航天推进系统将不可避免地迎来重大变革:无结焦、不易积碳的液氧甲烷将主力运用于可重复,密度比冲高、使用环境友好的液氧煤油将主力运用于基础级,比冲高的液氢液氧将主力运用于末子级(图8-9)。

四、总结
新一代航天发射运输系统呈现高可靠、低成本、高安全、可重复、自主智能的发展趋势,对上一代产品形成压制竞争优势。中国一方面应加大对液氧甲烷动力、液氧煤油动力重复使用运输系统,大推重比、多次启动和深度节流发动机的研制,以尽快弥补代差;另一方面应适当牵引吸气式组合动力技术、深度预冷循环技术、水平起降单级入轨完全重复使用技术等,避免再次形成技术代差。