地球⇆火星！火箭院院长在国际大会上这样说_风闻

来源：中国运载火箭研究院

6月14-17日，2021年全球航天探索大会在俄罗斯召开。受疫情影响，中方通过线上方式参加会议，为大家带来了精彩纷呈的报告。

火箭院院长、IAF副主席王小军应邀作了题为《载人火星探测航天运输系统》的大会报告。会上，王小军介绍了中国第一次火星探测任务“天问一号”和“祝融号”探测器的任务概况、总体方案、相关数据和视频，以及中国未来深空探测计划。简要回顾了全球火星探测的发展情况，在此基础上，提出了未来载人火星探测发展路线及任务架构，明确了载人火星探测任务航天运输系统的组成、特点、总体方案与设计参数。

载人火星探测“三步走” 设想

第一步机器人火星探测（技术准备阶段）

主要任务：火星采样返回、火星基地选址考察、原位资源利用系统建设等。

第二步初级探测（初步应用阶段）

主要任务：载人环火、轨道探测、载人火星着陆探测、火星基地建设等。

第三步航班化探测（经济圈形成阶段）

主要任务：包括大规模地火运输舰队，大规模开发与应用等。

载人火星探测任务架构

影响任务构架设计的因素有地火转移轨道类型、出发时间、出发点、推进技术、是否采用气动捕获等。

地火转移轨道类型：基本轨道分为长停留合式轨道和短停留冲式轨道。地球和火星之间也存在着循环轨道，可以定期重返地球和火星，适用于长期多次的载人火星探测任务。

出发时间：2033年、2035年、2037年、2041年、2043年等。

出发点：选择高椭圆轨道（HEO）的出发较为合适。

推进技术：核热推进是目前载人火星探测方案设计的重要选择。核聚变推****进理论上具有更高比冲性能，需要理论和技术的突破，适合作为载人火星探测更远期的研究目标。

此外，我国还研究将天梯这一新型运输系统作为空间出发点，能降低火星探测运输的规模。

航天运输系统的组成

在初期载人探测的总体构架方案中，运输系统包括运载火箭、摆渡级地火转移运载火箭、火星着陆与上升飞行器等多个运载器。针对该任务构架的不同阶段，采用不同类型的运载器完成运输任务。   

每个阶段技术特点

机器人火星探测阶段：

采用大型或重型运载火箭，直接将探测器发射至地火转移轨道，探测器采用化学推进，选择脉冲式合式轨道，并利用反推制动达到火星进行探测。

初期载人探测阶段：

针对轨道转移设计了一种新型任务构架，该构架采用核电核热推进组合、人货分运，在近地球轨道（LEO）组装，从HEO出发，配合使用火星气动捕获。

航班化载人火星探测阶段：

采用核动力一体化运输模式，从地球空间驿站、日地L2等基地出发，选择地火循环轨道，地火循环轨道上已布置转移飞行器，转移飞行器的推进剂由地面或空间加注站补给。

载人火星探测运输系统的总体方案

地球空间运载火箭

任务描述

单程进入太空

飞行时间

数百秒到数千秒

飞行距离

数百公里到数万公里

轨道交会对接

无

载人火星探测运输系统

任务描述

进入地球轨道+地球轨道组装+地火转移+火星登陆与上升+火星轨道对接+返回地球

飞行时间

往返数百天

飞行距离

数百万公里到数亿公里

轨道交会对接

数次甚至10余次

设计参数

地球上升段：7枚重型运载火箭和1枚载人运载火箭，采用化学推进剂。

地球空间摆渡地火转移阶段：基于高比冲核电推进技术的摆渡级，以及基于高比冲大推力核热推进技术的地火转移运载器。

火星空间：基于化学推进的火星着陆与上升器。

地火转移运载器：采用核热核电双模式，以三台10吨级推力的核热发动机作为主要动力，利用核电系统为各分系统提供电源。

载人型转移运载器：总质量为246吨，加注108吨液氢，可以运送包括深空居住舱、载人飞船等共65吨的有效载荷。

载货型转移运载器：总质量为328吨，加注76吨液氢，有效载荷质量为206吨。

……

火星探测对人类具有重要意义，是人类走出地球摇篮，探索生命起源，拓展生存空间的重要途径。中国的天问之旅已经启程，载人火星探测航天运输系统的研究更具挑战。通过本次会议，向国际同行展示了中国航天近期取得的成就以及载人火星探测领域的学术成果，让国际航天界进一步加深了对中国航天的了解，有力提升了中国航天的国际话语权和影响力。