升空倒车入库!中国完成液体火箭公里级垂直起降(图)

大鱼新闻 科技 5 days, 5 hours



今年5月份,由深蓝航天公司自主研发的“星云-M”1号试验箭完成了1公里级垂直起飞及降落(VTVL)飞行试验。在发射场地,点火升空的火箭,从地面上升一公里后,开始返回着陆。

如同“倒车入库”一般,爬升的火箭最后降落至离着陆场“靶心”位置不足0.5米的点位。“星云-M”试验箭的成功回收,标志着我国首次完成液体火箭公里级VTVL垂直回收飞行试验。



“星云-M”1号试验箭成功发射升空。受访者供图


可回收复用是为了大幅降低入轨发射成本


在完成1公里级的VTVL垂直回收飞行试验前,“星云-M”试验箭曾在去年7月至10月期间,先后完成了十米级、百米级VTVL垂直回收飞行试验,从而实现了国内液氧煤油火箭垂直回收两次“零的突破”。

7个月后,一项新的挑战摆在研发人员的面前:液氧煤油火箭要突破公里级垂直起降。火箭发射当天,在陕西铜川火箭发射试验基地,此前拥有两次成功经验的深蓝航天火箭总体部技术工程师郑泽,再一次和试验队员见证了这个激动人心的时刻。

为什么要研发可回收复用的火箭?郑泽告诉新京报记者,其主要原因在于要大幅降低入轨火箭的生产和发射成本。只有降低成本,才能更游刃有余地实现成千上万颗“星链”卫星的组网任务,未来大型卫星星座的发射需求与可回收火箭的运载成本是息息相关的。

“我们要是把发射升空的火箭完美地收回来,进行简单的维护和处理后,再重复发射,这样就降低了成本。如果回收一次后再次发射,该成本就会折扣一半。以此类推,如果我们的火箭可以重复使用10次以上,那么它的成本就能降低一个数量级。”郑泽说。

在提供发射服务的功能上,可回收复用火箭和一次性运载火箭没有太大差别,都是将飞行器发射到指定的轨道上。其主要区别在于前者可以重复利用,进行多次发射,而后者不可回收。

记者了解到,本次飞行试验中,在实现全箭垂直回收的前提下,再次执行飞行任务的成本仅为箭体生产制造成本的约1%,其中包括一些损耗件的更换、全箭的测试维护费用、推进剂费用等。

郑泽称,当火箭变成了一种可重复使用的交通运输工具后,将大幅降低参与航天事业的资金门槛,会让更多的企业或者是个人参与其中,为中国迈向太空强国贡献力量。

液体火箭具备推力可调功能

相对于一次性的运载火箭,可回收复用火箭面临的技术难点之一,就是要攻克在较大范围内实现灵活调节推力的发动机技术。

“在以前,火箭的发动机是不变推力的,一个推力从头飞到尾。但是我们现在需要去回收这个火箭,那差别就很大。”郑泽解释道,这也是固体火箭和液体火箭的不同,固体火箭发动机不具备推力调节的功能,点火升空后,燃料要一直耗完才关机,但液体火箭推力可以进行调节,发动机也具备先关机再二次点火的功能,这为火箭的回收提供了硬件基础。



点火升空的“星云-M”1号试验箭。受访者供图


装满燃料的火箭,当燃料消耗完后,其箭体质量会变得很轻,若按照以前“推力不变”的发动机技术,火箭很难落地。所以这就需要发动机能够进行大范围的推力调节,来保障火箭平稳落地。

据介绍,在此次公里级垂直起飞及降落(VTVL)飞行试验上,试验队员们将发动机推力的调节范围设置在50%至110%之间,通过操作可以大范围调节推力,实现火箭平稳落地和安全回收。

除了发动机的推力以外,返回着陆的横向制导控制技术也是需要攻克的难点。让火箭精准落到指定的着陆场,也不容易。“在回收降落过程中,会有横移这个动作,就是为了精确移到指定的着陆场,要是移到别的地方,那就算回收失败。”

郑泽告诉记者,此次公里级试验,在垂直起飞-垂直着陆的飞行过程中,首次加入横向制导算法,预先装订目标点坐标,通过箭上计算机进行计算和规划,发出横向制导指令,导引火箭向目标点坐标进行横移,最终精确落在回收着陆场内。

此外,此次公里级VTVL垂直回收飞行试验中,火箭飞行速度达到0.2Ma,飞行高度达到1公里,这也是目前国内开展的飞行高度最高、飞行速度最快、飞行时间最长的垂直回收飞行试验。

将进行与入轨火箭尺寸相同的高空回收试验

值得注意的是,在商业航天领域,这次成功测试也使深蓝航天成为继SpaceX后第二家完成液氧煤油火箭垂直回收复用全部低空工程试验的公司。

但郑泽也坦言,目前在入轨可回收火箭层面,我们与美国SpaceX相比,还有很大的差距。

公开数据显示,截至2022年5月初,SpaceX已经成功进行了118次火箭着陆,并接连打破自己创造的回收纪录。其中B1051号助推器在2022年3月19日成功发射48颗星链卫星并安全返回,成为首枚被回收12次的火箭助推器。

“像SpaceX做回收试验也经历了一个容错过程,失败的案例数不胜数,最少在10次以上。”郑泽提到,网上专门有一个关于SpaceX进行回收试验时火箭落地炸毁的集锦视频,其记录了回收过程中各式各样的火箭炸毁过程。

他透露,下一阶段,深蓝航天将采用与入轨火箭完全相同的全尺寸试验火箭,继续进行高空回收试验阶段(类似于SpaceX第二阶段采用全尺寸样机“猎鹰9号R”进行回收测试),向着10km、100km的高度快速突破迈进,力求最终实现入轨火箭一子级的可控回收和重复使用。

相关新闻