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一次性使用是安全性的保障: jiangming800403 2018-4-2 21:11; 中国载人航天为什么仍然选择几十年前的飞船模式，而没有跟随美国可反复入轨的航天飞机？主要是考虑了载人飞船的主要矛盾是安全性。而航天飞机的任务太多，无法保障安全性。特别是在最容易发生事故的升空和降落过程中，宇航员根本无法逃生。两次惨烈的航天飞机事故，牺牲了14名宇航员也证明了这一点。一次性使用是安全性的有效保障。比如安全套就不会重复利用。越复杂的系统为了保障其安全和稳定性，子系统就越多，而且不同子系统之间相互独立，呈正交关系，在功能上不互相干扰。哺乳动物是生物进化的高峰，早期下蛋的哺乳动物继承爬行动物的泄殖腔，雌体的肠道、尿道、生殖道末端是合在一起的，在身体下面有一个共同的开口，被称为单孔目。更进步的哺乳动物，雌体的消化、泌尿和生殖系统是完全独立的，在身体下面有不同的出口。转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自赵建民科学网博客。链接地址： http://blog.sciencenet.cn/blog-595119-1099209.html; 个人分类: 安全与健康|2227 次阅读|0 个评论

对“重型猎鹰”首飞的再思考: 热度 23 lxu2800 2018-2-16 10:09; 对“重型猎鹰”首飞的再思考 “重型猎鹰”的首飞引起了轰动，它重新点燃了人们探索深空的热情，激发了关于航天事业发展方向的再思考，真是从这个意义上，我要为“重型猎鹰”的首飞成功点赞。在众多有关“重型猎鹰”的评论中有三条值得与读者分享。 1）英国卫报专栏作家——Nathan Robinson：“观看一个亿万富豪化费9千万美元把一部十万美元的汽车送入太阳系远端，没有比这更能体验二十一世纪全球不平等的悲剧了。” 【There is, perhaps, no better way to appreciate the tragedy of 21st-century global inequality than by watching a billionaire spend $90m launching a $100,000 car into the far reaches of the solar system.】 2）美国华人学者网“文学城”——yaowangshanhaiguan：“在人类进入载人航天时代后的第57个年头，丧失该项能力的美国打一个假人上去，真是凄凉得令人唏嘘。” 3）中国科学网——某某大学教授的博客（该博文被精选并置顶）：【国转民，军转民，契约精神，培育了来自民间的永不遏止的创新精神和进取动力。这几个方面最终集成在完善的市场经济的平台之上。正是这些因素，共同成就了马斯克“这个男人”，“这个男人以一己之力干翻了美俄中三个航天大国”。】国内国外一些精英对“重型猎鹰”首飞成功的看法会有如此大的反差，真正是“令人唏嘘”。为什么同一事件会产生如此绝然不同的看法，背后的原因更值得深入的研究，这可能比研究事件的本身还要有意义。不过这是题外话了，我也是门外汉，还是把它留给社会学专业人士吧。分析评价火箭必须先从火箭的引擎着手。重要的话要连说三遍，那么重要的数据至少也得连看二次吧？这里把俄中美的液氧煤油引擎的重要参数再次放在表中作一比较。从表中可以清楚看出SpaceX的“梅林1D”是推力小、比冲差、室压低，这无论如何不能算一款“干翻了”中俄的优秀引擎吧？无论怎样美化“梅林1D”，总也改变不了一个铁的事实：它的推力仅是中国YF100的百分之七十。国家型号推进剂循环方式地面推力 (KN) 真空推力 (KN) 地面比冲 (m/s) 室压 ( MPa ) 中国 YF100 液氧煤油分级燃烧 1224 1339 2942 18 俄国 RD-180 液氧煤油分级燃烧 3800 4200 3051 25.6 美国梅林 1D 液氧煤油燃气发生器 845 914 2770 9.7 仅有一款资质平庸的引擎，靠大量捆绑在一起就能造就出一枚超一流火箭，还“干翻了美俄中三个航天大国”，这不是痴人说梦话吗？按这些人的逻辑，中国豈不是也可以用十多只小推力引擎放在国产大飞机上了吗？省得一直被公知们冷潮热讽说中国只会造没有“心脏”的飞机壳子了。天下真有这样的好事，家家都可造越洋大飞机，波音空客早就去喝西北风了。没有高效大推力航空引擎就不会有越洋大飞机，同理，没有高效大推力火箭引擎就造不出超级重型火箭。“重型猎鹰”不可能是一枚优秀的超级重型火箭，这是被他自己的基因——它使用的那款“梅林1D”引擎——所决定了的。梱绑难成夫妻，梱绑大量引擎难成一枚优秀的火箭。梱绑大量引擎的致命缺陷是：1）降低火箭的推重比影响整体效率；2）增加故障几率；3）火箭上升时的振动问题变得更为严重复杂，不适合用作载人航天。尽管马斯克一再宣称“重型猎鹰”是除了土星五号以外最强大的火箭，但是这次首飞把一轮重不足2吨的小汽车送入绕日轨道，实在令人失望。就像衡量一个举重运动员的真实水平凭的是他究竟能举起多重的杠铃，而不是听他吹自己有多大的力气。一般来说火箭首飞会使用配重，最合适的是放一罐子水进入太空，这即便宜、又安全、也不会污染太空。马斯克却偏不採用常规做法，送了轮他自己的樱桃紅色的特斯拉电动车进入太空，还美其名曰：“我喜欢汽车在星辰大海中无休止地漂流，或许它会在未来数百万年里被外星人所发现。”于是乎许多人被他的浪漫所感动，也有人指出这是为特斯拉汽车公司作的最好的商业广告。但极少有人能知道马斯克真正的苦衷。请从他的角度思考，首飞放配重，究竟放多少重合适？这是一道极难解的题，放多了他知道会出问题，放少又露了馅。马克思是绝顶聪明的商人，就送了轮二吨不到的小汽车上去，一招“瞒天过海”轻松地从两难困境中解脱了出来。如此一来，说他有浪漫情怀也好，认为是广告高手也罢，就很少有人会去质疑为什么首飞的载荷二吨多不到。 “重型猎鹰”的载荷究竟有多大，可能永远只能是个谜。SpaceX网站上的数据是他们自己算出来的，不是“重型猎鹰”举出来的。关于“重型猎鹰”63.8吨LEO和26.7GTO这组数据一直受到质疑，却从未见过公司有像样的回应。网上有人对猎鹰9号的载荷能力作过分析。迄今为止猎鹰9号火箭发射的最重载荷是2016年3月5日执行的SES-9任务。在该任务中，载荷重5271千克。该任务的结局卫星是顺利入轨，执行回收任务的火箭第一级在回收试验中因燃料耗尽而坠毁在着陆平台之上。此次任务其实在很大程度上已经向外界泄露了猎鹰9FT版运载能力的极限。如果放弃华而不实的回收操作，拆除用于执行该任务的设备，并且不预留用作回收的额外燃料，猎鹰9号最大GTO运力当在6吨以下。因为重型猎鹰 = 猎鹰9号+猎鹰9号+猎鹰9号，重型猎鹰的最大载荷一定小于三只猎鹰9号的总和，估计它的GTO当在15吨左右。SpaceX官网所宣称26吨的GTO运力，无论从哪个方面看都是匪夷所思。估计公司方面也意识到了这点，为了支撑其数据的真实性，宣称重型猎鹰将使用“推进剂交叉输送技术”（Cross-Feeding）。但是这次“重型猎鹰”并未使用所谓的“推进剂交叉输送技术”，究竟何时使用，只有天晓得。马斯克的真真假假、假中有真、真中有假的手法玩得可谓炉火纯青，他把重型猎鹰宣传成为世上最强的运载火箭，而且还是可回收的成本最低的火箭。给人们的印象是重型猎鹰是枚兼具以上两个优点的完美的运载火箭。事实上，重型猎鹰作回收时同步轨道运载能力仅2吨多，连重型火箭都算不上；而为了达到最大运载能力，则什么回收也谈不上。马斯克的话都只能当故事听听，当不了真。他说过，要放4千多颗卫星组成全球WIFI，让全球人可以高速接入互联网；他又说过，他要用他的火箭以27000公里时速把旅客从纽约送到上海，仅需39分钟；他还说过，他要建造真空管道（高速胶囊列车）把旧金山到洛杉矶的通行时间缩短到35分钟。他描绘的图景一幅比一幅动人，但绝大多数都是镜中花水中月。奇怪的是有关他的一些故事都变成了大众的心灵鸡汤，不少人还喝得美嗞嗞，中国的公知们功莫大焉。就在“重型猎鹰”首飞的第二天，在美国商业空间会议(annual Commercial Space Conference from February 7-8, 2018)上的一些专家尖锐指出：这辆重型车辆（指重型猎鹰）似乎太小，无法运送乘员或将大件货物运送到深空；与此同时，为今天这一代小型卫星服务似乎又太大了。这段评论确实击中了“重型猎鹰”的软肋。我在前文中也反复强调，“重型猎鹰”根本无力担当起未来深空探索的重担，它不能为重登月球和火星之旅作出任何有价值的贡献。这一点实际上也为马斯克最近的表态所证实。去年秋天，马斯克公布了重型猎鹰的替代计划——BFR(Big Falcon Rocket)。马斯克说，SpaceX的所有资源都将投入到BFR的研制过程中，接着在佛罗里达州他再一次表示，公司决定放弃猎鹰重型的载人计划，会将这些任务转移到BFR。原定在2018年的某个时候使用重型猎鹰发送两名付费游客去绕月轨道的计划已被取消。重型猎鹰用作一般卫星发射又太大了一点。近年来，电子技术的飞速发展使得卫星越做越小，卫星发射市场需求已经发生了很大的变化，大型重载卫星的发射任务明显减少。商业卫星运营商越来越追求通信和遥感卫星小型化。五角大楼和国家安全部门的客户也担心，数十亿美元的大型卫星将面临中俄攻击的潜在威胁。美国战略司令部负责人约翰·海登说，我不会支持购买多用途的大型卫星。在过去的几年里，五角大楼只发射了一两颗超重的卫星。重型猎鹰又能去哪里找合适它的市场？ “重型猎鹰”就像一个三流大学刚毕业的大学生，高不成低不就，在航天领域进退两难处于十分尴尬的境地。就这样一枚火箭，却在中国国内出尽了风头，在这一点上，马斯点确实创造了奇迹。难怪国外有人评论，SpaceX是三流的技术，二流的财务，一流的公关。一个企业，无论私企国企，没有长期基础研究的投入，没有过硬的技术，它就不可能有真正意义上的创新。靠一流公关泡制出来的创新其实与忽悠仅隔一层纸，这种创新不要以罢。如果说一定要在“重型猎鹰”首飞中找到什么经验教训的话，那就是中国的航天业界更应坚持自己的道路，练好内功、夯实基础，打造出有中国特色的大推力液氧煤油和液氧液氢火箭引擎。祝愿中国航天人砥砺奋进、行稳致远，为人类的深空探测作出贡献。数据更新：中新网2017年7月5日报道，当地时间7月5日7点37分，该公司搭载Intelsat 35e通信卫星的猎鹰--9号运载火箭佛罗里达卡纳维纳尔角航天基地的LC-39A成功发射，据悉，这次任务发射的卫星是Intelsat 35e地球同步轨道通信卫星，猎鹰-9火箭负责将卫星送入同步转移轨道(GTO)，然后由卫星依靠自身动力完成同步轨道定点。Intelsat 35E卫星是基于波音BSS-702MP平台的通信卫星，重6.76吨，这也是太空探索首次发射IntelSat公司的卫星。这次猎鹰9号火箭就搭载了其有史以来最大的一颗卫星。; 个人分类: 科普集锦|12941 次阅读|50 个评论

贺“天神之吻”，随FITEE特邀文章探秘载人航天先进控制方法: 热度 1 zyzhai 2016-10-19 10:45; 相继于9月15日、10月17日成功发射的天宫二号和神舟十一号飞船，于北京时间10月19日凌晨成功实施自动交会对接，这意味着中国向建成国际空间站的目标迈进一大步。中国工程院院刊《信息与电子工程前沿（英文）》 2016 年第 9 期发表了负责神八、神九、神十号飞船与天宫一号对接的解永春研究员团队撰写的特邀综述文章 “先进控制方法在航天器上的应用：进展、挑战和未来发展” 。该文全面调研了目前已发射航天器所采用的先进控制方法，旨在为从事航天器先进控制理论研究的学者和从事航天器型号研制的工程师搭建沟通桥梁。据中新网报道：今天的交会对接是一个非常复杂的过程，包含一系列的步骤，让两个8吨多的“大家伙”在太空中以每秒7.9公里左右的飞行速度下完美对接在一起，过程无异于是在太空中穿针引线。神舟十一号是在经过5次变轨后，到达天宫二号后方约52公里左右的位置，两个8吨重的“大家伙”进入自动控制状态，由飞船加速追赶天宫二号。为了安全起见，两个“大家伙”在距离5公里、400米、120米和30米共四个停泊点处减速调整。在神舟、天宫追追停停的过程中两名航天员并没有闲着，他们首先回到返回舱穿上航天服并将返回舱和轨道舱之间的舱门关上。等到在相距120米的停泊点处，两名航天员处于随时备份状态，准备手动控制干预。到相距30米的停泊点处，神舟十一号飞船伸出捕获索，伸到天宫二号卡板上面，捕获索慢慢收缩，将飞船和天宫慢慢拉近，然后进行交会对接。凌晨3时24分，神舟十一号与天宫二号对接环接触，在按程序顺利完成一系列技术动作后，对接机构锁紧，两个飞行器建立刚性连接，形成组合体。在成功对接3个小时之后，航天员逐步打开轨道舱前舱门、天宫二号实验舱舱门后，景海鹏顺利进入天宫二号，成为第一个进入天宫二号的航天员。几分钟后，陈冬也进入天宫二号。两人在天宫二号里向全国人民问好。北京控制工程研究所作为我国最早从事航天器研制的单位之一，在卫星姿态与轨道控制技术、飞船逃逸救生控制技术、月球探测器轨道控制技术、手动和自动交会对接技术、再入返回控制技术等方面处于世界先进行列。该所吴宏鑫院士提出的特征建模理论，开创了一套新型控制理论框架体系，揭示了线性定常物理对象差分方程系数的客观规律，解决了线性反馈控制在线参数辨识的工程可行性问题。经过该所以解永春、胡军为代表的一大批专家的发展，特征模型的研究突破了建模和控制理论在实际应用中的瓶颈，目前已成功应用于天宫一号与神舟飞船的交会对接任务，以及神舟飞船、嫦娥五号试验飞行器的返回再入任务。编辑部邀约到中国空间技术研究院北京控制工程研究所解永春研究员团队（负责神八、神九、神十号飞船与天宫一号对接）撰文 “ 先进控制方法在航天器上的应用：进展、挑战和未来发展 ” ，发表在 2016 年第 9 期中国工程院院刊《信息与电子工程前沿（英文）》（前身为《浙江大学学报英文版 C 辑（计算机与电子）》）。该文对目前已发射的航天器所采用的先进控制方法进行了全面调研，旨在为从事航天器先进控制理论研究的学者和从事航天器型号研制的工程师搭建一座沟通的桥梁。一方面为从事航天器控制系统设计的工程师提供先进控制方法的实际应用案例，同时帮助相关理论研究的学者们有效地避免脱离工程实际的假设。航天器控制的理论研究和工程应用长期存在脱节现象。一方面，针对航天器挠性、结构摄动、未知环境干扰等问题，学者们开展了大量的研究工作，取得了显著的研究成果。另一方面，世界各国在轨运行的各类航天器中， 99% 以上都采用传统的 PID 控制加结构滤波器方法。可见，在航天器控制领域，理论研究并没有得到很好的工程转化，而实际航天器的研发过程中，对先进控制方法的应用，一直较为保守。本文作者立足工程实际，充分调研国内外在轨航天器中先进控制方法的应用及实现情况。涉及到的航天器型号涵盖日本 ETS VI ，美国 MACE 、哈勃太空望远镜，以及中国的神舟飞船和嫦娥五号试验飞行器等航天大国的著名航天器。所采用的先进控制方法包括 LQR 最优控制， H 2 / H ∞ 鲁棒控制， μ 分析，以及自适应控制方法等。通过大量的调研发现，针对航天器不同的控制难点， H 2 / H ∞ 控制方法对处理航天器挠性问题具有较好的效果， LQR 控制方法在航天器的优化控制中应用案例最多，而针对航天器的参数不确定问题，自适应控制方法能够很好地适应参数大范围变化的情形。更多内容，请访问 http://www.zju.edu.cn/jzus/article.php?doi=10.1631/FITEE.1601063 Xie, Y.C., Huang, H., Hu, Y., et al. , 2016. Applications ofadvanced control methods in spacecrafts: progress, challenges, and futureprospects . Frontiers of Information Technology ElectronicEngineering , 17 (9):841-861. http://dx.doi.org/10.1631/FITEE.1601063 解永春，1989年获清华大学工学学士学位，1991年和1994年分获中国空间技术研究院北京控制工程研究所工学硕士与博士学位。现为北京控制工程研究所研究员、博士生导师，任神舟飞船GNC（制导、导航与控制）系统、交会对接GNC系统主任设计师，参与了神八、神九和神十载人飞船与天宫一号的对接任务，出色完成了飞船自主交会对接技术方案设计，为后续空间站、货船、探月三期交会对接等任务奠定基础。; 1863 次阅读|2 个评论

从航天大国走向航天强国: 热度 5 lunarsoil 2016-5-9 22:28; 从航天大国走向航天强国出品：科普中国制作：中国科学院国家天文台郑永春监制：中国科学院计算机网络信息中心经国务院批准，自2016年起，将每年 4月24日设立为“中国航天日”。从此，航天将走进每个普通人的生活。中国航天日为什么选在4月24日？这得从46年前说起。1970年4月24号，中国成功发射第一颗人造地球卫星“东方红一号”，成为继苏、美、法、日之后第五个把卫星送上天的国家，正式成为“太空俱乐部”的一员。几亿中国人从收音机里听到了“东方红，太阳升”这首从太空传回地球的电子音乐。80后或90后的你可能会觉得陌生，但在那时的中国人心中，这是一个激动人心、无比自豪的日子！每当卫星经过夜空，全国人民都翘首仰望，收听这首他们熟悉的乐曲，这一刻成为陷于文革困顿中的亿万国人最惬意的时刻。图1 “两弹一星功勋奖章” 时至今日，“东方红一号”仍在围绕地球飞行。在天气晴好的日子，许多天文爱好者每年都会拍摄经过祖国上空的这颗“爱国星”！虽然当年为这颗卫星发射奉献了青春和智慧的很多人已经不在了，但他们留下的“热爱祖国、无私奉献、自力更生、艰苦奋斗、大力协同、勇于登攀”的“两弹一星”精神，将永远激励今天的中国航天人。人造地球卫星、载人航天与空间站、月球与深空探测是航天事业的三大领域。随着人造地球卫星技术的逐渐成熟，1992年9月21日，中国开始实施载人航天工程，于是，全世界看到了一部史诗级的载人航天大片。 1999年，我国发射第一艘不载人试验飞船神舟一号；接着，神舟二号、三号、四号连续突破和验证载人航天的关键技术； 2003年，杨利伟驾乘神舟五号飞船，成为第一位进入太空的中国航天员。图2 2003年10月15日，胡锦涛总书记在酒泉卫星发射中心与执行首次载人航天飞行的神舟五号航天员杨利伟挥手之后的剧情更是实现了“花式跳跃”: 2005年，神舟六号实现多人同时飞天； 2008年，神舟七号实现航天员出舱活动；图3 2008年9月27日，执行神舟七号载人航天飞行出舱活动任务的航天员翟志刚出舱后挥动中国国旗 2011年，神舟八号成功对接天宫一号； 2012年，我国首位女航天员随神舟九号进入天宫一号； 2013年，神舟十号搭载三位航天员再次进入天空一号进行科学实验，美美的航天员阿姨还专门给全国小朋友上了一堂妙趣横生的太空课！图4 2013年6月21日，神舟十号航天员王亚平为全国青少年进行太空授课在20多年的任务实施过程中，载人航天工程形成了“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的载人航天精神，未来将朝着建设空间实验室和建造载人空间站的目标前进。不管是人造卫星还是载人航天工程，都是环绕地球运行的。脱离地球引力，飞向遥远的深空，成为中国航天的必然选择。月球是离地球最近的天体，也是地球唯一的天然卫星。皎洁的月光、嫦娥奔月的美丽神话，寄托了中国人对亲人的牵挂和对故乡的思念。2007年10月24日，我国第一颗月球探测卫星嫦娥一号成功发射，神秘的月宫终于迎来了中国人的首次探访。图5 2007年嫦娥一号卫星发射我国的探月工程分为“绕、落、回”三步走。嫦娥一号和2010年10月发射的嫦娥二号，是“绕”月探测的第一阶段。2013年12月2日，嫦娥三号成功发射，萌哒哒的玉兔号月球车成功登陆月球并实现自动驾驶，成为上世纪六七十年代阿波罗登月以来人类航天器首次登陆月球，标志着“落”月探测获得圆满成功。图6 2010年发射的嫦娥二号卫星不仅探测了月球，还实现了近距离探测图塔提斯小行星图7 嫦娥三号任务的玉兔号月球车 1970年东方红一号卫星发射，开创了中国航天的第一个里程碑；2003年神舟五号载人飞船成功飞天，开创了中国航天的第二个里程碑；2007年嫦娥一号绕月探测卫星的成功发射，开创了中国航天的第三个里程碑。46年来，中国已成功发射了200多颗卫星、10艘飞船和1个空间实验室。其中，“北斗”系列导航卫星、“高分”系列对地观测卫星、“风云”系列气象卫星、海洋卫星、资源卫星等应用卫星，助力经济发展，服务国家安全；“悟空”暗物质探测卫星、“实践十号”微重力科学实验卫星等，推动我国空间科学迈向世界先进水平。长征五号、长征六号、长征七号等新一代火箭，正在托起中国航天的未来。图8 2013年6月24日，习近平同神舟十号航天员亲切通话雄关漫道真如铁，而今迈步从头越。从1956年到今天，我国航天事业已经走过了60年，建立了运载火箭、飞船、卫星、地面应用、测控通信与发射场等完整的航天工业体系，实现了全面自主发展，成为名副其实的航天大国。 “航天梦、中国梦”。2016年，我国第一次设立中国航天日，航天开始走下神坛，与每一个普通人的生活发生交集。2016年，也是中国航天的“大年”，我国将实施20多次密集发射任务，神舟十一号飞船将与天宫二号空间实验室将进行交会对接。2017年，“嫦娥五号”将从月球取样返回。2018年，嫦娥三号的备份星“嫦娥四号“将实现人类航天器首次登陆月球背面。2020年前后，中国将建成属于我们自己的空间站。中国航天，正在迈步走向建设航天强国的伟大征程。以下视频为国家天文台郑永春、北京人民广播电台段玉龙、专业视频制作者杨傲飞合作出品，以纪念第一个中国航天日，请在wifi情况下收看，土豪随意！ “科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。本文由科普中国移动端出品，转载请注明出处。《科学青年》：为未来而生供稿邮箱：451239743@qq.com; 4481 次阅读|5 个评论

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