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长征五号的成功,能把我们送往何处?

SAP顾问2018-06-19 14:30:01

昨晚,长征五号成功发射,成为运载能力仅次于美国德尔塔4号重型火箭的现役运载火箭。




不用说,你肯定对这句话没啥概念,说实话,Geek君也没有概念。


于是,Geek君连夜查找了一大堆资料,决心把这概念说清楚。


长征五号


此次发射的长征五号为该系列火箭的基本型,芯级采用5米直径,捆绑4个3.35米直径助推器。全箭总长56.97米,起飞质量约869吨,起飞推力约1078吨,具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力。




发射火箭的目的,自然是把卫星、人、宇宙飞船等有效载荷送往太空。正如这次长征五号首飞,就要把实践十七号卫星直接送入地球静止轨道。


但长征五号的意义远不止于此,看看它接下来的任务,你只会更加激动:


  • 2018年,长征五号将携带嫦娥五号探测器去完成月球样品的采样返回任务。

  • 而后,用于近地轨道运载任务的长征五号乙首飞后,将陆续把天宫号空间站4个20多吨重舱段送上轨道:“天和”核心舱、“问天”与“梦天”两个实验舱,以及“巡天”共轨飞行望远镜。

  • 2020年,长征五号将用于实施火星探测计划,并首次尝试实现“绕、落”同步进行的壮举;成功之后,后续的木星探测、金星探测等深空探索任务也将陆续展开。



很显然,没有长征五号的运载能力来打基础,后面再详尽的计划也只是镜花水月、空中楼阁,因为运载能力是太空探索的根基。


运载能力


说到运载能力,我们知道,无论什么运载工具,它所能运载的货物越多、有效载荷越大,运载能力就越大。


按有效载荷划分,能把货物发射到近地轨道的火箭可划分成2吨以下的轻型、2吨-20吨的中型、20吨-50吨的重型、50吨以上的超重型这四类火箭。



土星5号


目前,世界上没有任何现役的超重型运载火箭,用于登月的土星5号业已退役45年,其近地轨道运载能力最大达到过140吨。


这次发射的长征五号属于重型火箭,其他现役的重型火箭包括欧空局运载能力21吨的阿里亚娜5型火箭、俄罗斯21.6吨的质子M型火箭,而美国28.8吨的重型德尔塔4号则是目前最大的火箭。



重型德尔塔4号


SpaceX 成功回收的猎鹰9号全推力版也属于重型级别,运载能力为22.8吨。




我们先前发射的长征七号、用于载人的长征二号F、用于探月工程的长征三号,都属于中型火箭,前苏联和美国首次用于载人的火箭也是这个级别。




至于轻型火箭,则多用于发射卫星。


需要明确的一点是,上述运载能力所指的是把货物发射到近地轨道的能力,也就是低地球轨道。既然有低地球轨道,那必定也存在高地球轨道和中地球轨道了?




确实如此。上图中,离地球较近的蓝色范围就是低地球轨道,绿色是中地球轨道,红色以外属于高地球轨道。


星辰大海般的太空探索,就是要让火箭把我们送上这些不同的轨道。




接下来,Geek君就详细说说,当长征五号把我们送上不同的轨道时,我们都能做点啥?


近地轨道



近地轨道是指高度在2000公里以下的近圆形轨道。


长征五号在近地轨道的主要任务,就是天宫号空间站。建成后的空间站最大规模可达180吨,常住人员3至6人。




前苏联在登月竞赛落败于美国后,开始发射19吨上下的礼炮系列空间站。随后,美国用土星5号把77吨重的天空实验室送到近地轨道。




1986年,前苏联又开始建设模块化的和平号空间站,最大规模达到124吨,在轨时间15年。


1998年,美俄等国开始共同建造国际空间站,当前规模419吨,内部空间916立方米。




据悉,美国宇航局计划到2024年停止支持国际空间站。届时,中国的天宫号空间站将有可能成为唯一在轨的空间站。


同步轨道


同步轨道是指在轨道上运行的物体于被环绕物体有同样的平均环绕周期,并且方向一致。


对地球而言,在同步轨道平面与赤道平面重合的情况下,卫星与地面的位置相对保持不变,是为地球静止轨道,其高度距赤道35786公里。一般来说,通信卫星和气象卫星会运行在静止轨道上。



静止轨道与近地轨道之间则是中地球轨道,或中圆轨道,是 GPS、北斗等导航卫星的轨道。


静止轨道以外则属于高地球轨道。


对火箭来说,相对于直接把货物送上静止轨道,通过地球同步转移轨道可运载更多的东西。



以长征五号为例,其直送静止轨道的运力为5.1吨,通过同步转移轨道则可将运载能力提升至14吨。


地球—月球间轨道


地月转移轨道,长征五号火箭直接奔月轨道的运载能力超过8.2吨,可将8吨多的嫦娥五号探测器携带过去,完成月球样品的采样返回任务应绰绰有余。


但载人登月的话,就需要超重型的长征九号上阵了,那个庞然大物的运载能力跟登过月球的土星5号相近,近地轨道140吨,月球转移轨道至少50吨。




作为对比,历史上最大的火箭土星5号,高110.6米,直径10.1米,重3000吨,近地轨道运力118吨,最大到140吨,可把48.6吨的有效载荷送往月球,是人类目前用过的最高、最重、推力最强的运载火箭。


地球—火星间轨道、金星与木星深空探索 


火星转移轨道,长征五号的运载能力应超过5吨,比 SpaceX 猎鹰9号火箭4吨的火星转移轨道运力要高,希望2020年首次尝试就能实现“绕、落”同步进行的壮举。


但目前尚无官方公开的数据,该运力是从2020年火星绕落巡一体的探测器任务的论文中推测出来的。




作为对比,成功登陆火星的探路者号、好奇号,是由中型火箭德尔塔2号、宇宙神5号发射上去的,质量分别在300公斤和900公斤上下。长征五号应该能送出更大的火星探测器,而非印度那个100公斤的小玩具。


不过,也只有马斯克规划中那一近地轨道运力550吨的庞然大物,才有可能真把人送上火星了。




Geek君有话说 


分析和对比完这么多火箭,长征五号的地位和意义应该是一个比较直观的概念了。它能为我们建好空间站,能够往返月球,能够探索火星,甚至到金星、木星,乃至更远的深空。




相应地,我们还将见证国人为空间站和深空探测去建设更加稳固的补给、通讯等配套系统。


这次值得一提的还有,长征五号的设计可靠性达到了0.98,是国际上运载火箭可靠性设计指标中最高的。



更为重要的是,超越地球和我们自己的太空边疆,可以促使国人站在整个人类的视角去关注一些更加宏大的话题。毕竟,“给岁月以文明,而不是给文明以岁月”


我们也是时候代表整个人类来问出一些问题了。



福利社


随着我国航天事业的迅猛发展,你最期待未来能够实现什么计划呢?是建成空间站?还是国人登陆火星?不妨留下你的看法与 Geek 君交流。


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