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                中国火箭距重复使用还有多远?
                [ 发布时间:2019-07-29 ]   [ 信息来源: 新京报 ]  [ 字号: ]

                7月26日在西昌卫星发射中心起飞的长征二号丙运载火箭,箭体中部灰色部分安装了栅格舵。
                航天科技集团第一研究院供图


                  中国长征火箭日前成功进行了一次技术试验,距离火箭可重复使用前进了一步。


                  7月26日,在长征二号丙运载火箭的一次发射任务中,火箭的一子级落点实现了精确控制。这一技术突破不仅有助于保障落区居民安全,也是未来中国火箭可重复使用的诸多核心技术之一。


                  目前,全球只有美国猎鹰火箭实现了火箭重复使用。发展火箭重复使用技术,也是我国航天未来发展规划之一。


                  7月26日11时57分,长征二号丙运载火箭在西昌卫星发射中心起飞,以“一箭三星”的方式,将遥感三十号05组三颗卫星送入太空。


                  遥感三十号05组卫星采用多星组网模式,主要用于开展电磁环境探测及相关技术试验。


                  自2017年9月29日首次挑战“一箭三星”以来,长二丙火箭五战五捷,成功发射了五组15颗遥感三十号卫星。


                  此次任务不同的是,这次看似寻常的发射任务,承担了一场不寻常的技术试验:火箭一子级实现了精准回收。


                  这项技术将为我国火箭助推器及子级的可控回收、软着陆、重复使用等技术奠定基础,最终帮助中国火箭实现可回收和重复使用。


                  火箭重复使用是各航天大国争相发展的一项航天技术。让火箭的助推器、一子级等部件在发射后安全返回,经过整修后重复利用。这样可以大大减少火箭发射成本,为未来高频率火箭发射乃至降低太空旅游成本打下基础。


                  让火箭“倒着飞”


                  发射当天13时40分,长征二号丙火箭一子级残骸在贵州黔南布依族苗族自治州被找到。一子级的落点正位于研究人员事先设定的落区范围内,这意味着,我国运载火箭首次“栅格舵分离体落区安全控制技术”试验取得成功。


                  火箭上升时,位于一子级外侧壁的几片栅格舵紧贴箭体,以避免对发射造成影响。一子级分离后,重新返回大气层,栅格舵完成了“解锁-展开-按控制指令转动”等一系列复杂动作,并承受了上千度高温、近10倍自重的冲击力。


                  小小的栅格舵,展开后如小翅膀,保持着箭体姿态稳定,帮助一子级精准回归地面。


                  “其他火箭设计师都是解决火箭如何‘正着飞’进入轨道,我们却逆向思维,探究‘倒着飞’的问题。”研发团队设计师形象地说。


                  可解决内陆火箭残骸落区安全问题


                  我国运载火箭高强密度发射已经成为常态,尤其是2018年,发射次数达到38次,位列世界第一。随之而来的火箭残骸落区安全问题,越来越受关注。


                  由于人口数量的增长,上世纪六七十年代建立的内陆火箭发射场周边的火箭残骸落区,不再是绝对的无人区。尽管在设计火箭的飞行轨迹时,宁可牺牲运载能力也要尽量避开村镇,但由于火箭残骸在完成任务后是无控坠落,落点散布范围较大,有时可能坠落在有人居住的区域。


                  为了保障人员安全,当前的做法是,在每次发射任务之前,将落区内居民疏散到安全地带。这不仅给当地居民带来不便,也增加了火箭发射的经济成本和工作难度。


                  长二丙火箭由中国航天科技集团有限公司一院抓总研制。据一院第一设计部主任助理何巍介绍,为了减少火箭发射给落区居民带来的不便,长征火箭研制人员一直在进行分离体落区安全控制技术的研究。此次长征二号丙运载火箭一子级的落点控制,采用的栅格舵控制,对于解决我国内陆发射场落区安全性问题具有重大意义。


                  栅格舵技术在成熟长征火箭上成功验证


                  据何巍介绍,针对分离体落区安全控制,研制人员提出了基于翼伞和基于栅格舵两种技术方案。


                  本次试验采用栅格舵控制残骸落点,是我国首次尝试。


                  此前,我国发射神舟载人飞船的长征二号F火箭上也安装过栅格翼,以保证逃逸飞行器的稳定性。长征二号丙火箭副总设计师崔照云介绍,长二F栅格翼展开后是固定不动的,近几年,国外火箭上才开始通过可摆动的栅格舵来控制箭体的方向和姿态。


                  崔照云表示,此次长征火箭第一次尝试,就选择了在大中型成熟运载火箭最大的一子级上安装栅格舵,要保证对火箭发射不能造成任何影响。而且,在一子级返回地面过程中,栅格舵要经受上千度高温、近10倍自重的冲击力,对当前研发制造技术是巨大挑战。


                  火箭专家、长三甲系列火箭首任总指挥兼总设计师龙乐豪曾在《重复使用航天运输系统发展与展望》中介绍,目前栅格舵回收多项关键技术成熟度已达到较高水平。栅格舵系统作为高集成度的独立系统,成本低、适应性强、对箭体改动量少,可推广用于火箭一子级(或芯级)残骸落区控制。


                  中国成第二个掌握栅格舵技术的国家


                  此次试验的成功,为我国火箭助推器及子级的可控回收、软着陆、重复使用等技术奠定了基础。


                  栅格舵是目前国际通用的火箭回收技术。全球唯一实现重复使用的美国猎鹰9号火箭,使用的就是栅格舵技术。


                  2015年12月,在猎鹰9号火箭第20次发射任务中,一子级首次成功着陆。一子级重返大气后,进行减速,调整箭体姿态。接近地面时,火箭一子级顶部四个栅格翼展开,对箭体姿态进行稳定。主发动机再次点火,火箭进一步减速,一子级逐渐接近地面着陆场,实施软着陆。


                  此次利用栅格舵技术实现长征二号丙一子级精准着陆,让我国成为继美国之后第二个掌握此项技术的国家。


                  但这与火箭重复使用尚有距离。实现重复使用,火箭不仅要“落得准”,还要“落得稳”。


                  龙乐豪曾表示,中国重复使用运载器应按照部分重复使用到完全重复使用的发展思路。未来新型运载火箭,从立项研制开始就要开展垂直起降关键技术研究。


                  实施方案上,龙乐豪指出,火箭将采用芯级与助推捆绑整体垂直降落回收方式:两个助推器与一子级捆绑后作为一个整体进行垂直着陆、重复使用。火箭一、二级分离后,采用整体垂直降落的返回方式,实现减速和着陆,可根据不同任务需求返回原发射场或其他发射场。


                  “发展重复使用航天运输系统,能够支撑未来大规模开发和利用空间,形成廉价的天地往返运输工具,推动空间应用产业快速发展。”龙乐豪说。

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