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  • 中国火箭重复使用还要迈几道坎

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2019-11-22

    作者:邱陈晖资料来源:中国青年报发布日期:2019/8/5 9:2:07

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    Want Rocket to Fly Both hand and back "

    Chinese Rocket Reuse Need to Take Steps

    照片是一个网格方向舵视频截图。

    7月26日11时57分,长征2C运载火箭在西昌卫星发射中心成功发射。中国首次完成了基于网格舵的火箭碎片着陆区安全控制技术试验,成为继美国之后第二个掌握该项技术的国家。

    7月26日,一条看似普通的新闻在太空圈爆炸。

    同一天晚上11点57分,长征2C运载火箭在西昌卫星发射中心点火起飞,成功发射“一箭三星”。火箭看似正常的发射完成了一项鲜为人知的试验任务火箭第一级的精确回收。

    细节直到两天后才公布。来自中国航天科技集团的消息人士7月28日表示,此次所谓的“网格方向舵分离体着陆区安全控制技术测试”的成功,标志着中国已经成为继美国之后第二个掌握这项技术的国家。与此同时,中国航天工业在可控着陆点和精确回收领域取得了重大突破,并朝着建造可重复使用运载火箭迈出了坚实的一步。

    可重复使用的火箭?是的,正是这个想法让业内和业外的人兴奋不已。放眼全球,只有美国“钢铁侠”伊隆马斯克(Elon Musk)麾下的猎鹰火箭实现了低成本、可重复使用的运载火箭。在过去的五年里,火箭先后完成了陆地和海洋的回收利用,这被视为商业空间领域的典型成功案例,并再次点燃了人类向火星迁移的梦想。

    现在,中国在火箭回收技术的验证上迈出了一小步。离真正的火箭再利用还有多远?

    廉价高效,更多关于安全

    所谓的运载火箭的再利用意味着助推器、第一子级和火箭的其他部件在发射后安全返回,并在翻新后再利用。这一看似科幻的愿景不仅成为现实,而且正在成为所有空间大国争夺发展和竞争的新舞台。

    因此,低成本是业界的第一共识。

    根据美国国家航空航天局(美国航天局)发布的一份报告,美国航天局以至少13亿美元开发了同一枚猎鹰9号火箭,而商业公司的支出不到4亿美元。

    因此,一些人评论说,拥有数亿粉丝的商业太空领袖埃隆马斯克(Elon Musk)已经将太空发射的价格降低了一个数量级。

    一位航空航天专家告诉中国青年报中国青年网记者,埃隆马斯克(Elon Musk)的商业公司以低成本产品赢得了航天市场的青睐。其猎鹰9号火箭在未来五年赢得了38份全球发射合同,其中24份来自国际商业发射市场,14份来自政府。2015年5月,该公司也有资格执行美国军事太空发射任务。

    成本降低,效率提高。

    首先,开发周期缩短了。猎鹰9号从设计到首次飞行只花了4.5年时间。第二,技术创新加快。猎鹰9号进行了一系列可重复使用的火箭试验,陆地和海上平台回收试验都取得了成功。这位专家告诉记者,为商业空间管理机构建立一个扁平的组织结构大大缩短了管理链。

    目前对中国来说,这件事更有实际意义安全问题。

    据中国航天科技集团第一研究所第一设计部助理主任何伟介绍,近年来,中国运载火箭的高密度发射已成为常态,尤其是2018年,共发射38枚,居世界首位。随之而来的火箭碎片着陆区的安全性越来越受到人们的关注。

    何伟告诉记者,由于人口增加,20世纪60年代和70年代建立的内陆火箭发射场周围的碎片降落区不再是“绝对无人地带”。虽然在设计火箭的飞行路线时,牺牲运载能力比尽可能避开村镇要好,因为火箭的碎片在完成任务后无法控制地下落,落点遍布大面积,有时可能落入有人居住的地区。

    目前的做法是在每次发射前将降落区的人员疏散到安全区域。然而,这不仅给当地人民带来不便,而且增加了火箭发射的经济成本和工作难度。

    中国航天需要一条新的出路。

    何伟表示,为了减少火箭发射给着陆区居民带来的不便,长征火箭研究人员一直在对分离体着陆区的安全控制技术进行研究。长征2C运载火箭第一子级着陆点控制采用网格方向舵控制,对解决我国内陆发射场着陆点的安全问题具有重要意义。

    如果火箭是“赤手空拳”飞行,它也可以“向后飞”因此,中国的火箭正试图“回收利用”。

    长征2C运载火箭点火起飞103分钟后,7月26日13时40分,测试人员在贵州省黔南州设置的降落区内成功发现火箭第一子级碎片。

    长征2C运载火箭是由中国航天科技公司第一研究所研制的。长征2C火箭副总设计师崔赵云表示,这一尝试是为了让火箭“上下颠倒飞行”当长征2C运载火箭上升时,位于第一子级外侧壁的几个网格方向舵紧贴在火箭体上,以避免对发射造成任何冲击。第一个子级分离后,它返回大气层,网格方向舵完成了“按照控制指令解锁-展开-旋转”等一系列复杂动作,并受到数千摄氏度的高温和自身重量近10倍的冲击力。

    小网格方向舵,像小翅膀一样,在展开后保持箭的姿态稳定,帮助亚层准确返回地面。

    ”其他火箭设计者都试图解决火箭如何“飞”入轨道的问题,但我们反过来思考并探索“向后飞”的问题。长征2C运载火箭研究小组的设计师张达明说。

    事实上,为了分离器下落区域的安全控制,研究人员提出了两种技术方案:翼伞回收和网格方向舵返回。

    在此之前,发射神舟载人飞船的中国长征二号F火箭也安装了网格翼以确保逃生飞行器的稳定性。

    崔赵云说长征二号F火箭的网格翼在部署后是固定的。近年来,国外火箭开始通过摆动栅格方向舵来控制火箭体的方向和姿态。

    例如,世界上唯一可以重复使用的猎鹰9号火箭使用网格方向舵技术。

    2015年12月,在猎鹰9号火箭的第20次发射任务中,第一个子级首次成功着陆。在第一个子级返回大气后,它减速并调整箭头的姿态。当接近地面时,火箭第一级的顶部四个网格翼被展开以稳定火箭体的姿态。主机再次点火,火箭进一步减速,第一级逐渐接近地面着陆点,实现软着陆。

    今天,这也是中国第一次尝试使用网格方向舵来控制碎片的着陆点。研究人员承受着“巨大的心理压力”。

    崔赵云说,测试选择在大中型成熟运载火箭的最大子级安装网格方向舵,以确保不会对火箭发射造成影响。在第一子阶段返回地面的过程中,网格舵必须承受几千摄氏度和自身重量近10倍的冲击力,这对提高研发和制造技术是一个“巨大的挑战”。

    现在“做对”,将来“做得稳定”

    接受这项“非常困难”任务的是一个只有10多人、平均年龄不到35岁的年轻研发团队。对他们来说,最大的特点是“敢于突破,敢于做”。

    以电气系统为例。这是控制网格方向舵动作的“大脑”。新一代电气系统首次从实验室飞到蓝天,成功完成飞行控制和数据传输任务。

    电气系统负责人彭越告诉记者,虽然火箭上的传统电气系统设计成熟,性能稳定,有许多成功的飞行经验,但单机设备体积庞大、数量庞大、成本高,这使其显得臃肿不堪。这一次,我决心成为新一代的电气系统,即将测量、控制、遥测和遥控的功能集成到一个手掌大小的盒子里。

    ”网格方向舵控制的核心算法完全由自己完成,手机将通过安装匹配的应用程序知道火箭受控部件的实时位置。可以说重量不大,功能齐全,价格不高,可靠性高。”彭越说。

    面对成功,这些年轻人在兴奋的同时,也清醒地意识到这次测试离真正的火箭再利用还很远。为了实现重用,火箭不仅要“精确”,还要“稳定”。

    龙乐豪,中国工程院院士,中国航天科技集团第一研究所长征系列运载火箭高级顾问,曾经说过包括长征3A和长征四号在内的现役运载火箭不能重复使用,只有通过回收技术才能实现对着陆区的精确控制,确保其导航区的安全。

    中国可重复使用运载火箭的技术发展应遵循从“部分重复使用”到“完全重复使用”的发展思路。未来,垂直起落关键技术的研究将从新型运载火箭的开发开始进行。”龙乐豪表示,火箭将采用核心级和助推器捆绑的一体化垂直着陆回收方法:将两个助推器和一个子级捆绑起来,然后作为一个整体用于垂直着陆和重复使用。第一级和第二级分离后,火箭将减速并以整体垂直着陆的方式着陆,并可根据不同的任务要求返回原发射场或其他发射场。

    根据中国航天科技集团第一研究所此前发布的《2017-2045年航天运输系统发展路线图》,到2030年,中国将成功开发一种由火箭发动机驱动的两级完全可重复使用运载火箭。空间运输系统的水平和能力将进入世界空间强国的前沿。到2035年左右,运载火箭将被完全重复使用。

    当时,快速廉价地进入太空、太空旅游、太空制造、太空农业、太空采矿等。都有可能从科幻电影中进入现实。

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