【菜科解读】

日前，中国在酒泉卫星发射中心运用长征二号F运载火箭，成功发射一型可重复使用的试验航天器。

试验航天器将在轨运行一段时间后，返回国内预定着陆场，其间将按计划开展可重复使用技术验证及空间科学实验，为和平利用太空提供技术支撑。

航天器的可重复使用技术是国际航天领域的焦点之一，也是中国建设航天强国的重要一步。

作为前沿航天技术，可重复使用航天器不仅可以降本增效，而且有望让太空旅游成为可能。

技术研究有突破

可重复使用航天器是指可以重复使用、能够迅速穿越大气层、自由往返于地球表面与太空之间、运送乘员和有效载荷的航天器，也可以指较长时间在轨停留和机动、完成各种任务的航天器，包括载人飞船、货运飞船、推进飞行器、行星着陆器、航天飞机等。

2023年12月14日，中国成功发射一型可重复使用的试验航天器。

在此之前，中国曾分别于2020年9月4日和2022年8月5日发射过可重复使用航天器。

其中，2022年发射的可重复使用航天器，在轨飞行276天后成功返回地球，标志着中国可重复使用航天器技术研究取得重要突破，后续可为和平利用太空提供更加便捷、廉价的往返方式。

中国载人航天工程办公室主任郝淳此前表示，为进一步提升工程的综合能力和技术水平，中国将研制新一代载人运载火箭和新一代载人飞船。

其中，新一代载人运载火箭和新一代载人飞船的返回舱都可以实现可重复使用。

去年底，美国X-37B轨道实验飞行器搭乘重型猎鹰运载火箭成功进入太空，执行第七次飞行任务。

X-37B飞行器于2010年首飞，由美国波音公司制造，长约9米，翼幅约4.6米，外形类似航天飞机，但体积只有航天飞机的1/4，部分供电来自太阳能。

这种飞行器配备自动着陆系统，由火箭送入太空，返回时像飞机那样在跑道上滑行降落，可重复使用，但不载人。

该飞行器能够执行通信中继、地面观测等任务，具有广泛的军事和民事用途。

解决成本和产能问题

可重复使用也是运载火箭发展的必经之路，将成为人类大规模进出空间的重要途径。

近年来，中国在一次性运载火箭的技术基础上开展可重复使用运载火箭的相关技术攻关，取得了积极进展。

2021年7月16日，由中国航天科技集团一院研制的亚轨道重复使用演示验证项目运载器在酒泉卫星发射中心成功首飞。

2022年8月26日，由中国运载火箭技术研究院自主研制的升力式亚轨道运载器重复使用飞行试验获得成功。

亚轨道重复使用运载器可作为升力式火箭动力重复使用航天运输系统的子级，是航天航空技术的高度融合体。

这些成功的飞行试验，有力推动了中国航天运输技术由一次性使用向重复使用的跨越式发展，为重复使用天地往返航天运输技术发展奠定了坚实基础。

一次性运载火箭长期是人类进入空间的主要运输方式，为什么要发展可重复使用的运载火箭？中国科学院院士、中国航天科技集团科技委主任包为民指出，随着进出空间规模需求的快速增长，一次性运载火箭在发射成本、履约周期和产能需求等方面均面临巨大挑战，发展可重复使用运载火箭能够很好地解决以上问题。

包为民说，综合来看，可重复使用运载火箭在发射成本和发射频次上相比一次性使用运载火箭具有明显优势，是实现1小时全球抵达、天地往返运输等大规模、低成本进出空间运输系统的重要途径。

形成多种技术方案

早在20世纪五六十年代，人类就已经开始了对重复使用航天运输系统相关技术的探索。

经过几十年发展，主要航天大国和地区已拥有不同程度的重复使用技术储备，形成了多种典型的重复使用运载器方案。

其中，根据入轨级数，可分为多级入轨方案和单级入轨方案；

根据起降方式，可分为垂直起降方案、垂直起飞水平着陆方案、水平起降方案；

根据回收方式，可分为部分重复使用方案和完全重复使用方案等。

目前，火箭发动机技术已经相对成熟，是首选的推进方式，而组合动力则是未来重要的发展方向。

火箭动力两级入轨重复使用航天运输系统的一级，是国内外重复使用技术关注的焦点。

美国太空探索技术公司的猎鹰9号就是可重复使用的运载火箭，其利用重复使用带来的低成本优势，在全球商业航天发射市场发展迅速。

过去1年，猎鹰9号发射30余次。

近日，猎鹰9号火箭携龙飞船，将美国私营企业公理航天公司组织的私人宇航团队送往国际空间站。

在民营航天领域，中国航天企业近年来也相继开发可重复使用的运载器。

近日，中国航天科工航天三江所属火箭公司自主研发的快舟火箭可重复使用技术试验箭顺利完成垂直起降试验，为快舟系列可重复使用液氧甲烷运载火箭的研制奠定了基础。

不久前，朱雀三号可重复使用火箭垂直返回技术在酒泉卫星发射中心完成首次飞行试验，该火箭是中国首款不锈钢液体运载火箭，以液氧甲烷为燃料。

朱雀三号箭体直径4.5米，一子级设计复用次数不少于20次，具备一箭多星、平板堆叠卫星集群发射的能力。

朱雀三号贮箱结构采用高强度不锈钢材料，发射成本相较一次性使用火箭可降低80%至90%。

可重复使用航天器具有低成本、高可靠性的技术特征，能满足未来廉价、自由进出空间的发展需求。

除了向空间站等系统补充人员和物资之外，可重复使用航天器还可以搭载乘客，以更低的成本实现更高效的太空旅行。

未来，在太空旅行过程中，可重复使用运载器动力系统沿用火箭发动机，起飞阶段就像火箭发射一样，爬升到距地球约100多公里的亚轨道上，停留约10分钟后，再依靠惯性像飞机一样返回地球，水平着陆。

整个过程大约30分钟，全程都按照预定程序，全自动飞行。

游客不用穿宇航服，甚至可以带手机拍照发朋友圈，像航天员一样在舱内飘来飘去，透过窗户从太空眺望地球。

由于运载器本身有纠错功能，即使指令有误，也能返回正确轨道。

因此，游客还有机会体验太空驾驶的乐趣。

可重复使用、高可靠性和高安全性是未来航天器的重要发展方向。

当前，在可重复使用的航天器发展方面还存在许多挑战，如航天器在重返大气层时需要先进的隔热保护，也需要坚固可靠的着陆系统和可靠高效的推进系统。

木星是气态行星，如果把木星上的气体全部吹走，会结果

木星是一颗巨大的气态行星，其质量约为地球的318倍，体积更是高达地球的1300多倍，在太阳系八大行星中，木星是绝对的“老大”，这使得我们人类对这颗巨大的行星格外关注，关于木星的各种稀奇古怪的问题也层出不穷。

比如说有人就提出了这样一个问题：既然木星是气态行星，那如果把木星上的气体全部吹走，会有什么结果呢？下面我们就来讨论一下。

首先要讲的是，所谓的气态行星并不是指全部是由气体构成的行星，而是指不以岩石或者其他类型的固体为主要成分、没有确定的固态表面的行星，也就是说，气态行星也是可以拥有固态核心的。

那么木星到底有没有固态核心呢？其实这个问题的答案也是科学家们很想知道的。

尽管以人类当前的科技水平，暂时还不能直接进入到木星深处去直接探索，但通过探测器在木星附近收集到的数据，我们还是可以间接猜测出木星的内部结构。

如上图所示，在探测器飞越木星的过程中，其发出的无线电信号会因为木星的引力变化而出现细微的多普勒频移，通过大量对照探测器的实际轨道和理论轨道的差异，就可以构建出木星的重力场模型，进而猜测出木星内部的质量分布。

科学家根据“先驱者10号”、“旅行者1号”、“旅行者2号”、“伽利略号”、“朱诺号”等多个探测器传回的数据猜测出，木星很可能存在一个由重元素构成的固态内核，其质量在地球的12倍至45倍之间注：这里的重元素是指比氢和氦更重的元素。

因此科学界普遍认为，木星应该有一个致密的固态核心，其外包裹着大量的氢和氦注：木星主要由氢和氦构成，其中氦占其质量的大约4分之1，其他的绝大部分都是氢。

由于随着深度的增加，木星上的物质会逐渐变得更热、也更致密，因此木星的结构应该是：最外层是气态的氢和氦，当深度增加到一定程度时，氢和氦就以液态存在，而在更深的位置，极端的压强会将氢原子中的电子“挤”出来，使得它们像金属一样可以导电，这种状态的氢也被称为“金属氢”，在此之下就是木星的固态核心大概如下图所示。

据此我们可以得出，木星上层的气体一旦消失，木星上的那些原来处于高压状态下的液态氢、液态氦以及“金属氢”都会因为失压而转变成气体，在这种情况下，如果把木星上的气体全部吹走，其结果就是木星会失去几乎所有的氢和氦，只剩下一个比原来小得多的固态核心。

值得一提的是，虽然我们人类目前并没有能力把像木星这样的气态行星上的气体全部吹走，但宇宙中那些能量巨大的太阳却可以做到。

从理论上来讲，假如一颗气态行星与其主太阳的距离太近，它的气体就会被主太阳不断地剥离，久而久之，这颗气态行星就会只剩下一个固态核心如果它有的话，科学家给这种奇特的天体起了一个奥秘的名字——“冥府行星”Chthonian planet。

有意思的是，我们有可能已经发现了一颗“冥府行星”。

这颗星球被命名为“TOI-849b”，距离地球大约730光年，由“凌星系外行星巡天卫星”TESS于2020发现，其主太阳被命名为“TOI-849”，是一颗与太阳相似的黄矮星。

观测数据表明，“TOI-849b”的体积与我们太阳系中的海王星差不多，但它的质量却大约是海王星的2.3倍，地球的39.1倍，密度约为5.2克/立方厘米，与像地球这样的岩石行星相当。

另一方面来讲，“TOI-849b”距离它的主太阳非常近，以至于其表面温度可以高达1530摄氏度左右，并且大约每18个小时，它就会完成一次公转。

所以我们可以做一个合理的猜测，“TOI-849b”曾经是一颗与木星相似的气态行星，后来因为某种原因迁徙到了距离其主太阳非常近的轨道，在此之后，它的气体就持续地被主太阳“吹”走，最终演化成了一颗“冥府行星”，而这也很可能就是木星上的气体被全部吹走后的结果。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

既然木星是气态行星，那么人类发射的航天器能不能直接穿过木星

行星是天体的一类，是指自身不发光，同时围绕太阳做周期性公转运动的天体，通常可以分为行星、矮行星和小行星。

比如在太阳系内，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星就是属于行星，而冥王星，则和谷神星、阋神星、鸟神星等一起属于矮行星。

穿越木星在太阳系内，位于火星和木星轨道之间还存在着数以十万计的小行星，我们称为小行星带。

当然，我们人类最为关注的还是八大行星，我们根据八大行星的物理性状可以分为两类，一类是和地球一样具有固体表面，岩石行星，称为类地行星，包括水星、金星和火星。

太阳系示意图另外一类就是和木星一样，是有气体来组成的行星，在太阳系内包括木星、土星、天王星和海王星，这些行星和类地行星来比，通常具有体积和质量更大，但是由于是气体组成，所以往往平均密度较小。

那么，既然木星是气态行星，那么我们人类发射的航天器，包括宇宙探测器，或者将来有可能发射的宇宙飞船，能不能直接穿过木星？太阳系八大行星目前来看，人类发射的航天器很难穿越木星，我们这里假设我们从木星的中心穿过。

虽然木星是一颗气态行星，那只是表明木星的主要组成成分是气体，主要是氢和氦，从木星的结构来看，最外面是包围整个木星的大气层，充满着气体，而且在不停的运动之中，形成气体旋涡，比如著名的“大红斑”。

木星南极洲而在木星大气层之下，随着越往木星内部，压力越来越大，气体被不断压缩，形成了液态金属氢，这需要的压力相当于25万个地球大气压，我们要用什么材料才干承受这种压力呢？如果再往木星内部前进，到了木星的中心，我们猜测虽然木星是一颗气态行星，但是其中心是有一个岩石核心，由硅酸盐和铁来组成。

所以在物体状态下，木星内部的高温、高压，以及岩石内核都不支持航天器穿越它。

木星内部结构木星在行星分类上，是一颗气态行星，但是这里的气态，并不是我们地球上所想象的像我们的大气层一样的气体。

我们知道，就算是地球上的大气层，当天宫一号从宇宙坠落，经过大气层时，也会因为剧烈摩擦而燃烧，更何况是更为稠密的木星大气层，所以，以目前的人类技术，别说穿越木星，连木星大气层这一关都过不了。

木星探测器“朱诺号”人类的认知是有限的，我们只能在现有的条件下进行假设，就像农业社会时期的人类，也无法想象现在的互联网时代。

那么，我们说无法穿越木星，也是基于当前的认知，说不定在将来，人类科技进步，就能实现。

朱诺号发射升空