我国重复使用运载器发展思路探讨

重复使用运载器是航天运输系统未来发展的主要方向,具有重要的军事和民用价值。一次性使用运载器技术日益成熟,世界航天大国都在积极开展重复使用运载器方案探索与关键技术研究。简要分析了世界开展重复使用运载器的研究状况,总结了重复使用运载器的发展趋势,并根据我国的技术现状与特点,提出了我国重复使用运载器“顶、背、跑”的渐进式发展思路。     

欧洲未来的航天运输系统

ESA(欧洲航天局)根据1990年后可能的任务和有效载荷要求,确定了在AR-4(阿里安4)之后的欧洲一些未来运载器选择方案。这些方案是:(1)与AR-4部件组合的运载器,(2)一次性使用的AR-5运载器,(3)具有可重复使用第二级的AR,(4)新型一次性使用的低温运载器,(5)可完全重复使用的运载器。每种运载器的低地球轨道有效载荷质量都在10至16Mg之间。对于最重要的地球同步通讯卫星这类任务(2.5至4.5Mg)来说,已分别对其发送和入轨系统作了分析,包括费用和费效分析。在经济性和方案方面同美国和其他国家九十年代的发射系统作了分析对比,其结论是,只有可完全重复使用的运载器才能满足一切任务和有效载荷的要求;并且,只有这样的运载器才能从根本上降低发射费用。对欧洲的运载器技术概况和未来航天运输领域的活动计划作了结论性研究。作为本研究的一部分,还建立了运载器的研究、制造和使用费用模型。     

液氧甲烷重复使用运载器关键技术发展研究

基于液氧甲烷发动机的重复使用运载器在重复使用和使用维护方面具有优良的性能,成本更低。世界各国正在加速开展相关研究及工程研制,典型代表包括火神运载火箭、朱雀二号运载火箭等。对基于液氧甲烷发动机的重复使用运载器的技术特点、面临的技术挑战进行分析,并基于此提出后续重点研究内容,包括重复使用总体设计与评估技术、上升再入返回着陆一体化制导导航与控制技术、大尺寸轻质结构与制造技术、重复使用液氧甲烷发动机技术、健康管理预测与重复使用运行维护技术、重复使用热防护技术等,为后续开展液氧甲烷重复使用运载器工程研制奠定基础。     

重复使用运载器发展趋势及特点

自从上个世纪五六十年代人们提出重复使用运载器的概念，到现在的四五十年里，重复使用运载器的发展取得了很大的成就，同时也历经了不少挫折与失败。由于重复使用运载器具有极高的军事和民用价值，因此越来越受到世界各国的高度重视，当前又掀起了一股新的重复使用运载器研究热潮。本文综合分析了世界各国重复使用运载器的发展趋势、特点及从中得到的一些经验教训，值得我国发展重复使用运载器时借鉴和参考。     

重复使用运载器的近期发展

简要介绍了重复使用运载器的近期发展状况、包括美国的Ｘ－３３／ＲＬＶ技术计划,日本的重复使用运载器计划和欧空局的欧洲未来空间运输研究计划等,最后针对重复使用运载器的发展提出了一些看法和建议。     

运载火箭空中发射的分离运动分析

研究运载火箭的空中发射，不可避免地要分析载机与运载器的分离过程。针对机载发射方案的要求，提出运载器与载机实现空中分离的方案，并建立相应的动力学数学模型，分析了分离过程中运载器的纵向运动情况。分析结果表明，分离过程结束后，运载器的运动参数可以满足机载发射方案的要求。     

2017年国外航天运载器发展分析

2017年,全球航天发射活动稳步增长,商业航天公司发射次数大幅提高。各国积极发展下一代大中型运载火箭、快速响应小型运载火箭和载人深空探索的重型运载火箭,继续研究和验证火箭动力、吸气动力的可重复使用运载器,并对2017年度国外航天运载器进行了回顾和分析,最后对2018年国外运载器的发展进行了展望。     

简讯

印度研制可重复使用运载器目前,印度可重复使用运载器的研制工作正处于方案论证阶段,已经完成了技术验证机的结构设计和制造工艺研究。该验证机计划于两年后发射升空。按照目前的设计方案,该可重复使用运载器将采用二级结构,第1级为带翼体,可飞行到100 km左右的高度,速度约达轨道速度的一半。在发动机燃料耗尽后,第1级再入大气层,像飞机一样水平降落在机场跑道上。运载器的第2级将有效载荷送入轨道后,再入大气层并利用气囊在海洋或陆地上回收。现在可重复使用运载器的气动力特性、基本轨道、电子设备配置、结构设计以及制造工艺研究都已完成…     

第二代可重复使用运载器及其再入制导技术

可重复使用运载器是未来航天运输系统发展的主要方向,各大国正围绕其关键技术开展积极的研究。第2代可重复使用运载器对再入制导技术的自主性、安全性和可靠性提出了更高的要求。分析了各国可重复使用运载器的发展概况,给出了可重复使用运载器再入的特点。重点综述了针对第2代可重复使用运载器开发的各种新型再入制导方法,并讨论了有待深入研究的可重复使用运载器再入制导关键技术。     

无鳍舵无动力水下运载器发射潜空导弹仿真研究

针对鳍舵式无动力运载器系统结构复杂、水动力环境复杂及水下弹道控制复杂等问题,提出一种无鳍舵水下运载器发射模型。该运载器具有长圆柱体外形、无鳍舵控制、鱼雷管水平发射的特点,运载器由浮力推动上升,浮力和重力构成的恢复力矩可调整运载器出水姿态,具有系统结构简单、水动力环境简单、水下弹道控制简单等优点。利用Matlab的Simulink仿真平台对其进行验证,仿真结果表明,运载器水下运行轨迹符合理论预期,出水速度和姿态满足潜空导弹水面发射要求。     

无动力运载器水弹道特性计算

针对无动力运载器浮心重心距、发射离管速度和折叠尾翼解锁距离3种设计要素参数值一定的变化范围,对一种无动力运载器的水弹道特性分别进行了仿真计算和分析比较,获得了3种设计控制参数变化对运载器出水速度、俯仰姿态及弹道袋深等的影响趋势,对水下运载器性能设计具有一定指导作用。     

第二代航天飞机可能的发展方向

本文论述了先进火箭推进运载器的可能发展趋势,这些先进的运载器可能成为最终取代航天飞机的候选者。虽然这种运载器最早在2002年才有希望实现,但由于研制一种新的运载器需要很长的时间,所以它的技术设计工作已开始。本文还讨论了第二代航天飞机在运载器体系结构中的作用,它可能在2000年后实现,暂定名为小型的载人运载器,作为对大型的不载人货物运载器的补充。虽然可完全重复使用的两级构形最适宜于近期的技术状况,但单级入轨的可完全重复使用的构形更适宜于今后的先进技术状况。利用在90年代中期就可达到的这些先进技术,这种运载器能把重量等于它们本身干重的有效载荷送入轨道(比目前的运载器的运载能力提高9倍)。运载器费用的大幅度减少(因此发射每磅有效载荷的费用也将减少)主要取决于对地面操作作根本性的改进,其次才是总起飞重量的减少或运载器类型的改变。     

重复使用运载器视景仿真的设计与实现

根据重复使用载器仿真的特点,建立了轨道器、发射架、地球和发射场地形等三维模型,采用视景仿真软件开发工具VTree,创建了大气、云层和星空等视景仿真环境,实现了重复使用运载器从发射上升、在轨运行到再入着陆的整个飞行过程的实时视景仿真.     

液氧甲烷发动机重复使用关键技术发展研究

重复使用运载器对动力系统的安全性、可靠性、使用成本等方面提出很高要求。液氧甲烷发动机重复使用性好、使用维护方便、性能高,综合性能良好,是重复使用运载器推进系统的理想选择之一。分析了液氧甲烷发动机的技术特点与优势,介绍了中国为重复使用飞行器研制的60吨级低成本、高可靠液氧甲烷发动机关键技术研究情况。通过试验研究,验证了液氧甲烷火箭动力具有良好的性能、高可靠性与多次重复使用能力。     

可重复使用运载火箭发展研究

可重复使用航天运载器是人类获得低成本、常态化进入空间能力的重要途径,20世纪80年代至今,世界各国对不同类型的可重复使用航天运载器及关键技术进行了大量研究。重点分析了可重复使用运载火箭的发展和技术特点,对可重复使用运载火箭的不同回收方式进行了对比分析,并对我国发展可重复使用运载火箭的途径提出了设想和建议。     

重复使用运载火箭技术进展与展望

首先从伞降回收、垂直返回、带翼飞回和升力体式等类型分析了国外典型重复使用运载器的发展现状;然后从技术难度、对总体设计体系的影响、运载能力损失、对主发动机的技术要求、回收过程复杂性等方面对各技术途径进行全面的对比分析,并概述了重复使用运载火箭的关键技术,开展了重复使用运载火箭经济性分析;最后对未来重复使用运载火箭技术发展进行展望。重复使用是运载火箭发展的必然途径,中国还需大力发展重复使用运载火箭技术,未来还将走向天地往返+重复使用空间运输的模式。     

印度研制可重复使用运载器

目前，印度可重复使用运载器的研制工作正处于方案论证阶段，已经完成了技术验证机的结构设计和制造工艺研究。该验证机计划于两年后发射升空。     

美国重复使用运载器空气动力学研究现状

描述了美国重复使用运载器如航天飞机轨道器、X-33、X-34、X-38等在空气动力学研究方面的最新进展情况,总结了美国重复使用运载器空气动力学研究的新特点,对我国重复使用运载器空气动力学发展提出了个人建议.     

内舱式空射运载火箭抛出后的伞降运动分析

文中讨论了运载火箭内舱式空中发射方案,既由大型载机平台把运载器拖到一万米的高空,在指定位置将运载器从机舱内水平抛出,当运载器与地面接近垂直时,降落伞运载器分离,发动机点火,将有效载荷送入轨道.文中主要计算了运载器在点火以前,运载器及降落伞系统(物伞系统)从发射平台抛出后的运动轨迹及姿态.通过仿真结果分析最佳的发射时间及姿态,以及各个参数对系统的影响.     

潜舰导弹的弹筒分离运动研究

本文研究水下发射战术导弹与运载器分离问题。文中首先介绍了目前实现水下发射的两种运载器和两种分离方式,而后较详细地分析了空中分离方式的受力情况,提出了分离段的运动方程及其解法,并在某些简化条件下计算了某型号的分离运动,得出了有益的结论。最后对水面分离方式做了分析,着重阐述了推力、水动力及波浪干扰的影响。