主题:【原创】天宫遨游 -- 心有戚戚
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家园 【原创】取快递小哥 -- 有补充

天舟货船专注上行能力,可达约7吨。除了送货,还要处理垃圾(再入焚烧)。另外一个功能就是作为推进舱,帮助天宫升轨。完成这些使命后,天舟就实现了它的价值。毕竟上行能力和下行能力两者有冲突,不可能都最大化,所以由天舟负责送货上门是最佳选择,作好“送快递(餐)大哥”就当之无愧了。

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那下行怎么办?神舟载人飞船仅可带少量重要物品回地球。以后天宫试验设备投入运营,有些产品需要带回地球进行深入的研究和加工处理,所以有切实的下行需求。为此载人航天办公室已于2021年初发布“关于征集‘面向空间站运营的低成本货物运输’方案设想的公告”,公告中明确提出300公斤级下行货运能力。至于上行能力运力,只需1至4吨。

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所以,“取快递小哥”的称号还是留给将来有下行能力的往返货运飞船吧。既然大哥叫“天舟”,小弟就姑且叫“天筏”。这里抛砖引玉地猜测一下,“天筏”估计有两种技术途径:

1. 神舟载人飞船的简化版、轨道舱换成可抛弃的对接口。为了降低成本,返回舱本身可复用。

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发射载具可以是长征6A火箭(下图最右侧),采用固体助推器和液体芯级,运力和价格适中。

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2. 返回式卫星的增强版。返回式卫星越做越大,下图中第四代是最近发射的实践8号和10号返回式卫星,返回能力可达250公斤。最右面的第五代最新型返回能力上升到500-600公斤,已接近神舟载人飞船了。

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下图是新一代返回式卫星的基本型(左)和和扩展型(右)。 和以前的窄头设计不同,新型返回式卫星采用大圆头,上部应该有空间放置对接口(如果可以用机械臂通过气闸舱转运货物,那么也不一定必须有对接口)。而且扩展型会装上太阳帆板,可长期在轨,也许是改成小型货船的预研。

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除了返回舱可复用,运载火箭也有可能用一级可回收的长征6X(下图显示无捆绑式助推器,一级可能有4个主发动机,而不是长征6A芯一级的2个):

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方案一较成熟,而方案二更便宜,各有千秋。当然大家集思广益,可能还有其它更好方案。目前还在竞标阶段,就看哪个方案胜出。

通宝推:mezhan,不如安静,尖石,风雪,桥上,
帖:4625065 复 4609405
作者 对本帖的 补充(2)
家园 还有一个选项 -- 补充帖

就是充气柔性返回舱。2020年5月由长5B遥1火箭附带进行实验,可惜没有最后成功。

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不过也没有下马,而是被纳入国家规划了,继续进行新一代研发。这说明实验虽然归零但还是有收获(如果是阿三就会说90%成功),但愿最后能成。

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即使载货有限制,充气柔性返回舱仍不失为一个廉价的货物下行选项,至少能成为往返货船的补充。

通宝推:狂草舞茅,
帖:4625404 4625065
家园 一些细化计算 -- 补充帖

方案一:比起载人神舟飞船,货运简化版去掉轨道舱、瘦身服务舱、无需逃逸火箭,这样发射重量可减少三分之一到一半,用长征6A火箭发射绰绰有余。

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方案二:第四代实践八号返回式卫星,返回有效载荷为260公斤,不返回的搭载实验有效载荷300公斤,加起来560公斤。而第五代新型返回式卫星的返回有效载荷为600公斤。如果按照比例增加,总上行载荷可达1300公斤。即使不返回的有效载荷还是300公斤,加起来也有900公斤,和1吨的上行要求已经相差无几。

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有说法新型返回式卫星的头锥是着陆缓冲模块(类似弹簧吊着下面)。和新型载人飞船一样,缓冲机构可改成气囊缓冲,这样上面可改成对接口。即使没有对接口,也可以用天和核心舱上的大机械臂捕获固定,用实验舱上的小机械臂通过气闸舱转送货物。

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新型返回式卫星的发射质量还是3吨半到4吨之间,用长征2号火箭就可发射。长征6X的光杆版一级有两台YF-100发动机和两台YF-115发动机。起飞推力达2*122+2*18=280吨,和长征2号火箭的起飞推力300吨差不多。考虑到CZ-6X的高压补燃循环火箭发动机的比冲较高,在一级不复用的条件下,可将4吨左右的往返货运小飞船发射入轨。而在复用条件下,长征6X的700公里太阳同步轨道运力1.5吨。而近地轨道的运力算下来大概是2.5吨。所以,光杆型长征6X可复用运力的确还差些,但是绑上2个6A上的固体助推器,运力肯定是足够了。而固体助推器可水面上用降落伞回收,这样成本增加并不多。

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帖:4626774 4625065
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