据了解,我国计划2030年前实现中国人首次登陆月球,载人登月任务主要过程为:首先发射月面着陆器,月面着陆器在环月轨道停泊等待,然后再发射新一代载人飞船,飞船与着陆器在环月轨道交会对接。航天员从飞船进入着陆器,着陆器与飞船分离后下降到月面,航天员开展月面活动。之后,航天员乘坐着陆器起飞上升与飞船对接,航天员进入飞船。飞船与着陆器登月舱分离后,返回地球。
在这里我们问一个问题:中国载人登月耗电多少度呢?这个参数对理解中国载人登月工程有着重大意义。
我们先看载人登月的两枚火箭 新一代载人运载火箭长征十号有两种构型。第一种带助推,主要负责将月面着陆器和登月飞船送入地月转移轨道。由于运送距离长,因此这个构型火箭推力也更大。
长征十号运载火箭参考数据
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根据资料,两次发射需要约2700吨煤油液氧燃料和约65吨氢氧燃料。
2C12H26(l)+37O2(g)═24CO2(g)+26H2O(l)H=-17142.8kJ•mol-1
H₂(g)+1/2O₂g)=H₂O(l) △H=-285.8KJ/mol
由上面燃烧热公式计算出每吨煤油/液氧折算电能是3125度,每吨液氢/液氧折算电能是4410度。整个火箭飞行器上具备的能源折算电能度约为873万度。
当如果只考虑第四级火箭,就是航天器进入地球轨道和的能源,折算电能只需要28.7万度电能。
这并不是一个很大的能量,如果用太阳能发电,500千瓦左右的太阳能板,发电约1个月就能满足地月轨道转移所需的能源。
如果采用甲醇二价醚作为燃料,同样的燃料已经有了90%的电能,只需要100千瓦太阳能板发电,约15天可以满足载人登月地月轨道转移。
有人认为太阳能加空间电推进必须是高大上,喷气速度要达到数万公里每秒,但实际上利用少量电能,如甲醇二价醚作为推进剂,加一个电弧电推进发动机,功率在数百千瓦,喷气速度达到氢氧发动机4000米每秒的1.2~2.5倍。就能实现地月轨道转移的高效率,火箭发射leo载荷降低三分之一到二分之一,空间发动机制造难度低于航空发动机。
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来源:科技良言公众号 编辑:李小侠(lixiaoxia08)