火箭回收,中国航天走到了哪一步?

时间:2022-01-06 09:00 来源:新浪科技综合 作者:佚名 阅读:1568 原文链接:点击获取

谈起火箭回收,人们首先想到的就是SpaceX研制的猎鹰九号火箭。作为火箭回收界的“扛把子”,它于2016年4月9日尝试了难度极高的海上垂直回收任务,一级火箭稳稳降落在名为“我依然爱你”的海上平台,完成历史性突破。

对于猎鹰九号火箭海上回收成功,SpaceX创始人、首席执行官埃隆·马斯克表示:“这是通往星空的又一步。”美国商业太空飞行协会发表声明说,快速可重复使用的火箭是更经济可行的未来太空飞行的关键,猎鹰九号火箭回收成功是在这个领域“迈出的一大步”。

猎鹰九号火箭的成功回收也深刻影响着我国航天企业,大家纷纷瞄准火箭回收技术,试图实现火箭的“降本增效”

试验。

为什么要进行火箭回收?

我国航天企业致力于火箭回收,这与其多方面的价值有关,其中最直观的就是可大幅度降低火箭发射成本

发动机是火箭中价值最高的部分。据了解,在火箭研制成本中,发动机的造价往往占到一半以上。通过火箭回收,发动机可实现重复使用,成本自然就降低了。

同时,火箭的投送能力也会进一步提升——过去需要重新造一枚火箭,现在只需检修回收后的火箭,然后加上新的子级就能继续执行任务。

火箭回收带来的社会效益也会显著提升。就我国目前航天发射任务而言,除文昌航天发射场外,其他三大发射中心在执行任务时,都需要提前疏散火箭落区的居民。

近年来,随着社会经济的发展,无人区越来越少,火箭落区选择难度不断增加。火箭实现回收后,子级可以准确落在预定区域,火箭残骸对落区的安全威胁自然就消解了。

此外,探索火箭回收和重复使用这一新技术的研发和应用,必然会带动产业链上下游的共同发展,这既符合我国航天技术和产品追赶超越的时代要求,也符合激发内循环主题下产业发展的内生要求。

火箭回收方式有哪些?

火箭回收的价值显而易见,那么具体方式有哪些呢?

首先,看起来最简单的,也是不少国家都尝试过的,就是伞降回收。

同名字一样,就是在想要回收的火箭子级上安装“降落伞”,该子级完成任务后,会被“降落伞”牵引着带回地面。

伞降回收的好处是占用发射载荷小、技术难度低、成功率高,尤其能减少对地面人员设施的危害。此前,我国长征三号乙火箭就做过助推器回收试验,试验结果良好。

此外还有在火箭上安装栅格舵控制落区的回收。我国曾利用加装了栅格舵的长征二号丙火箭执行了火箭残骸可控坠落技术试验,最终也取得了良好的效果。

前述的两种回收方式虽说对地面人员设施的危害程度降低了,但火箭落地后发动机也随之报废,与我们想要的“回收利用”还是有一定的差距。

最后是猎鹰九号火箭做过的垂直回收。

垂直回收方式虽好,但也存在一定的弊端。为了让火箭顺利返回,必然要保留一定的推进剂,这样就使火箭损失了不少运载能力。据报道,猎鹰九号火箭运载能力因回收会损失运载能力达40% 以上。

如果把三种回收方式做比较,经济价值最高的,一定是垂直回收。

我国在火箭回收上做了哪些工作?

除了前文提到的伞降回收和栅格舵控制落区外,我国在火箭垂直回收上做了不少尝试。

2020年12月22日,我国新一代运载火箭长征八号在中国文昌航天发射场首飞成功,为我国未来中、低轨道卫星发射的迫切需求提供了新的解决方案。

据航天科技集团长八火箭总设计师宋征宇介绍,长八火箭是一款在立项之初就按不同发射需求设计两档配置的智慧火箭,身怀“可重复使用技术”等独门绝技,是我国未来商业航天发射服务的主力军

长八火箭研制团队围绕火箭一级回收开展了不少技术尝试,以垂直起飞和垂直降落为目标,按步进行火箭回收实现。

据了解,长八火箭已经在着陆缓冲机构、低空低速的返回段制导、自主控制等回收技术领域做了试验,后续将在回收关键技术进一步攻关。

我国民营商业航天公司也围绕火箭垂直回收做了不少工作。

2021年7月,江苏深蓝航天有限公司完成了首次完成10米级垂直起飞和垂直降落自由飞行,即被称之为“蚱蜢跳”的运载火箭垂直回收飞行试验。10月13日,该公司完成了百米级垂直回收试验,引发了航天圈的热议。

实现火箭垂直回收有两大难点,一是发动机推力可调、能重复使用,二是控制系统精准无误。深蓝航天CEO霍亮介绍,该公司从2019年开始,就持续在这两个方面进行工程技术的突破和积累。

在发动机技术方面,该公司率先在低温无毒推进剂上应用了针栓喷注技术,这也是美国猎鹰九号火箭使用的“Merlin”发动机采用的技术方向,实现了推力的平滑调节和稳定工作。同时,该公司还开发出了一款经过工程验证的50千牛量级针栓发动机,并已经过反复使用10次以上的工程验证;该型发动机采用了电动泵供应技术,与电子号火箭“Rutherford”发动机使用的技术体制相同。

在回收控制系统方面,深蓝航天在已有的基础上持续进行深入探索和工程化实践,并解决了一些具体的工程问题。例如发动机的响应特性和垂直下落过程的动态测量误差等。

深蓝航天投资副总裁束浩然表示,该公司今年将进行1公里级和10公里级的火箭垂直回收试验验证,成功后将推动中国火箭垂直回收步入新的阶段。

SpaceX探索火箭回收的道路是曲折前进的,这也告诉中国航天,探索新技术就必须在人力、物力和财力下足功夫,才能真正实现颠覆式突破。

图、视频由江苏深蓝航天有限公司提供

文/《中国航天报》记者 刘岩

来源:中国航天报