中国火箭重复使用还要迈几道坎


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让火箭能够“飞行”或“漂浮”

中国火箭必须多次重复使用。

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7月26日11:57,长征二号C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电网舵的火箭残骸安全控制技术试验,成为仅次于美国的第二大师。技术国家。图为网格舵视频的屏幕截图。

7月26日,一个看似普通的新闻在太空圈中打破了局面。

同日11时57分,长征二号C运载火箭在西昌卫星发射中心点火,成功发射“一箭三星”发射。一个看似正常的火箭发射,但承担着一个鲜为人知的测试任务火箭级精确回收。

直到两天后才宣布这个细节。根据中国航天科技集团7月28日的消息,该技术测试成功称为“网格舵分离落区安全控制技术”,表明中国已成为仅次于美国的第二个掌握该技术的国家。与此同时,中国航天在可控和精确回收领域取得了重大突破,并朝着建造可重复使用的运载火箭迈出了坚实的一步。

我可以重复使用火箭吗?是的,正是这种想法激起了业内外的人们的兴趣。纵观世界,只有美国“钢铁侠”埃隆马斯克手臂下的猎鹰火箭才能实现运载火箭的低成本和可重复使用性。在过去的五年中,火箭已完成陆地和海洋的回收,并被认为是商业性的。航空航天领域的典型成功故事再次点燃了人类移民火星的梦想。

今天,中国的火箭回收技术验证迈出了一小步,它与真正的火箭再利用有多远?

便宜又高效,更安全

所谓的运载火箭的再利用是让火箭的助推器,儿童和其他部件在发射后安全返回,并在翻新后重新使用。这种看似科幻的想法不仅成为现实,而且也成为主要太空大国竞争和发展的新阶段。

至于原因,低成本是业界的第一个共识。

根据美国国家航空航天局(NASA)发布的一份报告,由NASA开发的同样“Falcon-9”火箭将耗资至少13亿美元,而商业公司将花费不到4亿美元。

因此,有数十亿粉丝的商业空间领导人埃隆马斯克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记者,中国青年网记者,埃隆马斯克的商业公司用低成本产品赢得了航空航天市场,其“猎鹰9”火箭在未来五年内在全球赢得了38个。此次启动合同除了政府的14份合同外,还有24份来自国际商业发布市场。 2015年5月,该公司还有资格执行美国军事太空发射任务。

在降低成本的同时,效率也在增加。

首先,缩短了开发周期。 Falcon-9的设计从第一次飞行到第一次飞行。仅花了四年半的时间。其次,技术创新加速。 Falcon-9进行了一系列可重复使用的火箭测试,陆地和海上平台。恢复测试成功。该专家告诉记者,商业空间管理机构建立扁平化组织,大大缩短了管理链。

对于现在的中国来说,这件事具有更现实的意义。安全问题。

据中国航天科技集团公司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排放已成为常态,尤其是2018年,发射次数达到38次,居世界第一。随后火箭残骸区域的安全问题越来越受到关注。

何伟告诉记者,由于人口增加,在20世纪60年代和70年代建立的内陆火箭发射场周围的火箭残骸区域不再是“绝对无人区”。虽然在设计火箭的飞行路径时,最好避开承载能力,同时避开乡村和城镇。然而,由于火箭残骸在完成任务后不受控制地下降,因此着陆点广泛传播,有时可能落在居住区域。

目前的做法是在每次发射前将该地区的人员撤离到安全地点。但是,这不仅给当地人民带来不便,而且还增加了火箭发射的经济成本和难度。

新的出路。

何伟表示,为了减少火箭发射给该地区居民带来的不便,长征火箭开发商一直在研究分离区的安全控制技术。长征二号C运载火箭一级着陆控制中使用的网格舵控制对于解决中国陆地发射场的安全问题具有重要意义。

如果火箭“飞行”,它也可以“向后飞”

结果,火箭从中国“回收”了。

7月26日13时40分,长征二号C型火箭起飞后103分钟,测试人员成功地在贵州省建立的定居点区域内发现了一枚次级火箭。

长征二号C运载火箭由中国航天科技集团第一研究所研制。据长征2号C火箭副总设计师崔兆云介绍,这次尝试,形象是让火箭“飞下来”

当长征二号C运载火箭上升时,一个子级外侧壁上的几个栅格方向舵靠箭头放置,以避免对发射造成影响。在次级分离后,大气层返回大气层,并且格栅舵完成一系列复杂的动作,例如“根据控制命令解锁 - 扩展 - 旋转”并承受数千摄氏度和几乎摄氏度的影响自重10倍。

小格栅舵,就像部署后的小翼一样,保持箭头的姿态稳定,帮助孩子准确地返回地面。

“其他火箭设计师都在解决火箭如何'飞入'轨道,但我们正在思考倒退并探索'倒退'的问题。”长征二号C运载火箭研发团队的设计师张大明说。

实际上,为了分离区的安全控制,开发商通过翼伞回收和网格舵返回提出了两种技术解决方案。

此前,中国长征二号F火箭发射的神舟载人飞船也安装了网格机翼,其目的是确保逃生飞机的稳定性。

崔兆云说,长征二号F型火箭的格翼在展开后得到了修复。近年来,外国火箭开始通过可摆动的格栅舵控制箭头的方向和姿势。

例如,世界上唯一重复使用的Falcon-9火箭使用的是网格舵技术。

2015年12月,在第20次发射Falcon-9火箭时,一名儿童第一次成功着陆。孩子回到大气层后,放慢速度并调整箭头的姿态。当接近地面时,火箭的前四个火箭翼部署以稳定箭头的姿态。主发动机再次点火,火箭进一步减速,并且一个子级逐渐接近地面着陆场以实现软着陆。

如今,这也是中国科学家首次尝试使用网格舵来控制残骸。研究人员应对“巨大的心理压力”负责。

崔兆云说,实验选择在大中型成熟运载火箭的最大子类上安装网格舵,以确保它不会影响火箭发射;在一个分级返回地面的过程中,网格舵将承受数千摄氏度的高温和近10倍的自身重量的影响是改善研发和制造技术的“巨大挑战”。

现在“正确”,将来“慢下来”

接受这项“非常困难”的任务是一支年轻的研发团队,只有10人,平均年龄不到35岁。对他们来说,最大的特点是“敢于敢做”。

以电气系统为例,这是控制电网舵动作的“大脑”。新一代电气系统首次从实验室飞到蓝天,成功完成了飞行控制和数据传输任务。

电力系统负责人彭岳告诉记者,虽然火箭上的传统电气系统设计成熟,性能稳定,飞行经验丰富,但单机设备体积庞大,数量庞大,成本高昂,它相当臃肿。这一次,我决定开发新一代的电气系统,它将测量,控制,遥测和遥控等功能集成到一个大小相当于手掌的盒子里。

“网格舵控制的核心算法是完全独立的,手机安装的应用程序知道火箭下落部分的实时位置。可以说重量不大而且功能很高,而且价格不高而且可靠。“彭岳说。

面对成功,这些年轻人很兴奋并意识到这个测试还远远不是真正的火箭再利用。为了实现再利用,火箭不仅要“下降”,还要“稳定”。

中国工程院高级顾问,中国航天科技集团公司第一研究所龙乐浩长期以来一直表示,包括长征三号和长征四号在内的有源运载火箭不能再使用,只能是回收。实现着陆区的精确控制,确保其导航区的安全。

“中国可重复使用车辆的技术研发应遵循从”部分再利用“到”完全再利用“的发展战略。未来,新型运载火箭将从一开始就开始对垂直起降的关键技术进行研究。郝说,火箭将使用核心水平和助推器捆绑整体垂直着陆恢复方法:两个助推器捆绑一个孩子然后垂直着陆并重新整体使用。在第一和第二阶段之后火箭分离后,整体垂直着陆返回模式用于实现减速和着陆,并可根据不同的任务要求返回原始发射场或其他发射场。

根据中国航天科技研究院先前发布的研究所《2017-2045年航天运输系统发展路线图》,到2030年,中国将开发一种由火箭发动机驱动的两级完全可重复使用的航母。太空运输系统的水平和能力将进入世界空间力量的最前沿。到2035年,运载火箭完全被重新使用。

那时,快速廉价的进入太空,太空旅游,太空制造,太空农业,太空采矿等等,都可能从科幻大片中脱颖而出。

中国青年报