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中國火箭距重復使用還有多遠?
2019-07-29 07:47:11 來源: 新京報
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    7月26日在西昌衛星發射中心起飛的長徵二號丙運載火箭,箭體中部灰色部分安裝了柵格舵。航天科技集團第一研究院供圖

  中國長徵火箭日前成功進行了一次技術試驗,距離火箭可重復使用前進了一步。

  7月26日,在長徵二號丙運載火箭的一次發射任務中,火箭的一子級落點實現了精確控制。這一技術突破不僅有助于保障落區居民安全,也是未來中國火箭可重復使用的諸多核心技術之一。

  目前,全球只有美國獵鷹火箭實現了火箭重復使用。發展火箭重復使用技術,也是我國航天未來發展規劃之一。

  新京報訊 7月26日11時57分,長徵二號丙運載火箭在西昌衛星發射中心起飛,以“一箭三星”的方式,將遙感三十號05組三顆衛星送入太空。

  遙感三十號05組衛星採用多星組網模式,主要用于開展電磁環境探測及相關技術試驗。

  自2017年9月29日首次挑戰“一箭三星”以來,長二丙火箭五戰五捷,成功發射了五組15顆遙感三十號衛星。

  此次任務不同的是,這次看似尋常的發射任務,承擔了一場不尋常的技術試驗:火箭一子級實現了精準回收。

  這項技術將為我國火箭助推器及子級的可控回收、軟著陸、重復使用等技術奠定基礎,最終幫助中國火箭實現可回收和重復使用。

  火箭重復使用是各航天大國爭相發展的一項航天技術。讓火箭的助推器、一子級等部件在發射後安全返回,經過整修後重復利用。這樣可以大大減少火箭發射成本,為未來高頻率火箭發射乃至降低太空旅遊成本打下基礎。

  讓火箭“倒著飛”

  發射當天13時40分,長徵二號丙火箭一子級殘骸在貴州黔南布依族苗族自治州被找到。一子級的落點正位于研究人員事先設定的落區范圍內,這意味著,我國運載火箭首次“柵格舵分離體落區安全控制技術”試驗取得成功。

  火箭上升時,位于一子級外側壁的幾片柵格舵緊貼箭體,以避免對發射造成影響。一子級分離後,重新返回大氣層,柵格舵完成了“解鎖-展開-按控制指令轉動”等一係列復雜動作,並承受了上千度高溫、近10倍自重的衝擊力。

  小小的柵格舵,展開後如小翅膀,保持著箭體姿態穩定,幫助一子級精準回歸地面。

  “其他火箭設計師都是解決火箭如何‘正著飛’進入軌道,我們卻逆向思維,探究‘倒著飛’的問題。”研發團隊設計師形象地説。

  可解決內陸火箭殘骸落區安全問題

  我國運載火箭高強密度發射已經成為常態,尤其是2018年,發射次數達到38次,位列世界第一。隨之而來的火箭殘骸落區安全問題,越來越受關注。

  由于人口數量的增長,上世紀六七十年代建立的內陸火箭發射場周邊的火箭殘骸落區,不再是絕對的無人區。盡管在設計火箭的飛行軌跡時,寧可犧牲運載能力也要盡量避開村鎮,但由于火箭殘骸在完成任務後是無控墜落,落點散布范圍較大,有時可能墜落在有人居住的區域。

  為了保障人員安全,當前的做法是,在每次發射任務之前,將落區內居民疏散到安全地帶。這不僅給當地居民帶來不便,也增加了火箭發射的經濟成本和工作難度。

  長二丙火箭由中國航天科技集團有限公司一院抓總研制。據一院第一設計部主任助理何巍介紹,為了減少火箭發射給落區居民帶來的不便,長徵火箭研制人員一直在進行分離體落區安全控制技術的研究。此次長徵二號丙運載火箭一子級的落點控制,採用的柵格舵控制,對于解決我國內陸發射場落區安全性問題具有重大意義。

  柵格舵技術在成熟長徵火箭上成功驗證

  據何巍介紹,針對分離體落區安全控制,研制人員提出了基于翼傘和基于柵格舵兩種技術方案。

  本次試驗採用柵格舵控制殘骸落點,是我國首次嘗試。

  此前,我國發射神舟載人飛船的長徵二號F火箭上也安裝過柵格翼,以保證逃逸飛行器的穩定性。長徵二號丙火箭副總設計師崔照雲介紹,長二F柵格翼展開後是固定不動的,近幾年,國外火箭上才開始通過可擺動的柵格舵來控制箭體的方向和姿態。

  崔照雲表示,此次長徵火箭第一次嘗試,就選擇了在大中型成熟運載火箭最大的一子級上安裝柵格舵,要保證對火箭發射不能造成任何影響。而且,在一子級返回地面過程中,柵格舵要經受上千度高溫、近10倍自重的衝擊力,對當前研發制造技術是巨大挑戰。

  火箭專家、長三甲係列火箭首任總指揮兼總設計師龍樂豪曾在《重復使用航天運輸係統發展與展望》中介紹,目前柵格舵回收多項關鍵技術成熟度已達到較高水平。柵格舵係統作為高集成度的獨立係統,成本低、適應性強、對箭體改動量少,可推廣用于火箭一子級(或芯級)殘骸落區控制。

  ■ 焦點

  中國成第二個掌握柵格舵技術的國家

  記者從一院一部獲悉,此次試驗的成功,為我國火箭助推器及子級的可控回收、軟著陸、重復使用等技術奠定了基礎。

  柵格舵是目前國際通用的火箭回收技術。全球唯一實現重復使用的美國獵鷹9號火箭,使用的就是柵格舵技術。

  2015年12月,在獵鷹9號火箭第20次發射任務中,一子級首次成功著陸。一子級重返大氣後,進行減速,調整箭體姿態。接近地面時,火箭一子級頂部四個柵格翼展開,對箭體姿態進行穩定。主發動機再次點火,火箭進一步減速,一子級逐漸接近地面著陸場,實施軟著陸。

  據一部介紹,此次利用柵格舵技術實現長徵二號丙一子級精準著陸,讓我國成為繼美國之後第二個掌握此項技術的國家。

  但這與火箭重復使用尚有距離。實現重復使用,火箭不僅要“落得準”,還要“落得穩”。

  龍樂豪曾表示,中國重復使用運載器應按照部分重復使用到完全重復使用的發展思路。未來新型運載火箭,從立項研制開始就要開展垂直起降關鍵技術研究。

  實施方案上,龍樂豪指出,火箭將採用芯級與助推捆綁整體垂直降落回收方式:兩個助推器與一子級捆綁後作為一個整體進行垂直著陸、重復使用。火箭一、二級分離後,採用整體垂直降落的返回方式,實現減速和著陸,可根據不同任務需求返回原發射場或其他發射場。

  “發展重復使用航天運輸係統,能夠支撐未來大規模開發和利用空間,形成廉價的天地往返運輸工具,推動空間應用産業快速發展。”龍樂豪説。

  新京報記者 倪偉 通訊員 扈佳林

 

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【糾錯】 責任編輯: 冉曉寧
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