航空航天与国防行业信息点评:航天科技八院与蓝箭航天可重复回收火箭技术多点突破

张恒晅/胡舜杰 2024-09-14 15:20:18
机构研报 2024-09-14 15:20:18 阅读 397

  投资要点:

      我国10 公里级别可重复回收火箭突破多项技术难关。根据航天一院研究生会公众号援引宋征宇等《重复使用航天运载器的发展及其关键技术》的文中指出,航天运载器垂直回收方式的关键技术,包含以下几方面:(1)液体火箭发动机推力调节:发动机大范围推力调节需要突破适应大范围流量调节的喷注器技术和推力室技术、适应大范围推力调节的涡轮泵技术和调节器技术等。(2)液体火箭发动机多次起动:涉及不同次数的多次点火方案,发动机入口保障问题以及推进剂管理问题等。比如对于低温推进剂贮箱,其箱压下降幅度更为明显,为保证入口压力,需降低发动机对入口压力的需求等。(3)着陆制导与控制: 着陆段全程制导和开关机控制方法火箭在再入稠密大气的过程必须满足动压、热流、过载等再入约束,这涉及惯性调姿段和动力减速段的联立优化。(4)高精度导航:重复使用航天运载器的返回过程对导航精度要求很高。应当结合地面辅助导航方法提升导航精度,例如采用差分全球定位系统高精度导航,可将其基站布置在着陆场。对于海上着陆,在火箭高度较低时可增加微波测距测速的方式,补偿DGPS 在高度方向精度不足的缺点。(5)机构:栅格舵:良好的外形设计是减缓翼元壁面之间气流壅塞,提高升阻比的关键。着陆缓冲机构:通过选用不同的运动副与组合形式开展方案设计确保机构整体可靠性,设计方案多基于尽量少的运动构件与单自由度方案开展。冷气推冲分离机构:冷气推冲分离机构已应用到 Falcon-9 和 Falcon 重型火箭的级间分离、整流罩分离和助推器分离中,以替代传统基于火工能源的分离装置,有效提高火箭安全性与可靠性。

      朱雀三号可复用火箭十公里级垂直起降飞行试验任务圆满成功,实现国内首次垂直起降返回火箭空中二次点火。24 年9 月11 日,蓝箭航天朱雀三号VTVL-1完成的十公里级垂直起降返回飞行试验是国内首次实现垂直起降返回火箭空中二次点火、跨音速大动压环境下“栅格舵-冷气姿控-发动机”联合制导控制,以及高空风实时风修技术工程化应用等技术验证。本次任务实现的验证成果如下:

      (1)采用国内推力最大的入轨级液氧甲烷发动机,首次在国内验证发动机一次关机后小过载段的推进剂管理技术。考核垂直返回状态下动力系统关键动作历经的环境过程,更加贴近重复使用火箭一子级回收过程的实际工况,从而全面验证朱雀三号可重复使用火箭动力系统关键技术。(2)成功验证重复使用火箭发动机摇摆+冷气姿控RCS+栅格舵的联合控制方法,进一步验证火箭在高空高速大动压状态下的精准制导与控制算法,为朱雀三号可重复使用火箭制导控制关键技术的研究和验证提供了重要数据支撑。(3)沿用原执行百米级飞行试验任务的试验箭,验证可重复使用能力。(4)采用射前实时风修正技术方案,能够有效提高火箭对发射环境条件的适应能力,可使朱雀三号火箭在满足发射概率的情况下,降低结构载荷设计,实现更高的运载效率和运载能力。

      航天八院“双零状态”着落达到国际先进水平。24 年6 月23 日,在酒泉卫星发射中心,我国重复使用运载火箭首次10 公里级垂直起降飞行试验成功。本次试验为2025 年如期实现4 米级重复使用运载火箭首飞奠定了技术基础。火箭由中国航天科技集团八院抓总研制。飞行试验采用了3.8 米直径箭体,配置三台70 吨级液氧甲烷发动机和全尺寸着陆缓冲系统。火箭通过起飞上升、变推下降实现定点垂直软着陆,全面验证了3.8 米直径箭体的垂直起降构型、大承载着陆缓冲技术、大推力强变推可复用动力技术、返回着陆的高精度导航制导控制技术及健康监测技术。大承载着陆缓冲系统实现了国内首次“飞行锁定、空中展开、触地吸能”技术验证,大推力强变推可复用动力系统首次成功验证了多机并联深度变推液氧甲烷发动机与运载火箭总体的匹配性。返回着陆控制系统具备全程自主在线规划和自适应干扰补偿能力,实现了强干扰下“双零状态”的定点软着陆,达到国际先进水平。

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