运载火箭末子级推进剂钝化技术综述

正运载火箭末子级推进剂钝化是指通过排空剩余推进剂,减小火箭末子级在轨解体的可能性。对运载火箭末子级推进剂进行钝化是减少空间碎片的重要措施。通过分析各种火箭末子级剩余推进剂排放方案的技术特点,总结提炼出剩余推进剂排放方案设计原则,能为后续新型运载火箭的研制提供技术参考。     

形形色色的火箭上面级

<正>2023年1月9日，维珍轨道公司“运载器一号”首次在英国本土起飞发射，在飞行过程中火箭上面级出现异常，未能顺利入轨。火箭上面级，是我们经常听说的一种设备。上面级的主要工作位置在冯卡门线以上的宇宙空间里，但它的任务并不是空间应用，而是把人造卫星或者其他航天器送到预定的工作轨道去。所以，虽然很多上面级看起来不像火箭级段，这类产品却依然是由火箭制造单位来研制和使用的。     

大力神4运载火箭

大力神4运载火箭是美国马丁·马丽埃塔公司研制的大力神34D的改进型,为二级火箭。其固体火箭发动机为7段式,有效载荷整流罩直径5.09米。大力神4运载火箭现有3个型号:第一个型号载有改进的半人马座G-1低温上面级,原准备用于发射航天飞机,但为了安全起见,现禁止进行载人飞行;第二个型号的上面级则为经验证的IUS,该上面级已在大力神34D和航天飞机上使用过;第三个型号为执行低轨道任务的飞行器,不需要上面级。大力神4火箭加上半人马座G-1上面级和26.21米的有效载荷整流     

微纳卫星L1点Halo轨道转移轨道设计

针对地月空间探测任务的高风险、高成本,提出了利用微纳卫星完成地月空间环境监测、未知空间探索及地月空间动力学验证的方案,从而为未来建立地月空间运输系统建立良好基础。借助地月空间三体动力学和小推力轨道设计中的直接法,设计了针对微纳卫星的低能耗地月转移方案。结果表明:微纳卫星借助火箭上面级,从GEO轨道出发飞向L1点Halo轨道,所需速度增量为1.033 km/s,转移时间为40.02 d;不借助火箭上面级,所需速度增量为1.397 5 km/s,转移时间为48.7 d。     

“猎鹰9”末级回收,再行创新式颠覆?

正4月15日,艾隆·马斯克宣布,"太空探索技术公司(SpaceX)将尝试用一个巨型气球,把处于轨道速度的火箭上面级(以下简称末级)带回来",实现火箭一级、末级以及整流罩全部回收。这个连马斯克本人都承认"非常疯狂"的想法引起业内外及诸多媒体的广泛关注。技术方案是否可行大家关注的问题是:该技术方案是否可行、是否具有回收价值,以及有对我们有什么启发与思考。     

太空新航线

加注过量致质子号发射失败2010年12月5日俄罗斯质子M/DM03组级火箭在拜科努尔航天发射场发射3颗格罗纳斯导航系统卫星时失败,导致这3颗格罗纳斯-M型卫星未能进入预定轨道。卫星已坠入夏威夷以北的太平洋海域。12月10日俄联邦航天局公布了故障调查委员会的初步调查结论。令人吃惊的是,此次失败的原因竟是火箭上面级推进剂加注过量。此次发射升空的质子号火箭采用了新型上面级,即DM03组     

俄质子—M火箭将进入国际商业发射市场

据国际发射服务公司（ILS）宣称，他们将于1999年提供俄罗斯大推力质子-M火箭，把商业载荷送上地球同步轨道。这种新火箭的有效载荷能力增加50％后，将成为当今世界商业发射市场上运载能力最大的火箭。质子-M火箭将取代现有的质子-K火箭，这种新火箭能将3．5t重的载荷送到地球同步轨道，或者是将7．6t重的载荷送到地球同步转移轨道。该火箭将使用一个新的上面级——牛虹-K级，它是由曾在Rockot火箭上使用的牛虻-K上面级演变而来，并将置换现有质子-K火箭的使用液氧和液氢为推进剂的DM第四级，而K型火箭的其他三级也将要作改进。新火箭…     

以色列正在研制小型商用运载火箭

以色列飞机工业公司披露,以色列正在研制发射小型卫星用的商用运载火箭。这种小型商用运载火箭源于以色列军用火箭“沙维特”,沙维特火箭曾于1988年和1990年发射了以色列的“地平线”1号和2号卫星,今年底将发射“地平线”3号卫星。新研制的运载火箭有4级,其中3级是固体火箭,上面级是液体火箭,使用双组元燃料。该火箭高20米,重30吨。第1级用游动发动机控制飞行方向,第2、第3级用气体喷射制导,第4级火箭用于保证最后推力和有效载荷姿态控制。     

美国通用动力公司的低成本载人登月方案

最近,美国通用动力公司提供了一项自认为是风险小、费用低,但却是雄心勃勃的载人登月方案。该公司已将此方案提交给了国家航宇局,并与欧洲有关企业和机构进行了初步接触,以寻求国际合作。现将该方案的有关情况介绍如下: 1.运载方式美通用动力公司提出,载人登月的运载器使用现有的航天飞机和大力神-4或欧洲现正研制的阿里安-5运载火箭,两者结合使用,分两个阶段向月球运送有效载荷:第一阶段,由航天飞机先将各种登月有效载荷送到地球低轨道上,然后由运载火箭把通用动力公司研制的改进型“半人马座”上面级火箭发动机发射至地球低轨道;第二阶段,有效载荷与上面级对接之后,由上面级把有效载荷送到月球表面。     

俄罗斯火箭

“能源”号火箭(苏联)代号L-17(K-1),串并联火箭,芯级上面是上面级,周围并联4个助推器,高60.3米,起飞质量2400吨,低轨道运载能力88吨。1987年首次发射。可背负“暴风雪”号航天飞机升空。1988年11月15日发射完“暴风雪”号后没有再使用。     

无控固体火箭探空运载系统总体设计

由无控固体探空火箭和地面发射设备组成的运载系统是固体火箭探空系统的一个组成部分。文章介绍该运载系统在各研制阶段的设计内容,着重讨论总体方案选择的原则和总体参数设计的方法。     

水平起降两级入轨系统的质量估算方法及应用

针对近地轨道运输任务,考虑不同飞行阶段的推阻特性差异和不同发动机模态的比冲变化,提出了适用于水平起降两级入轨（TSTO,Two Stage To Orbit）天地往返运输系统的质量估算方法.以8 t有效载荷为任务需求,对比研究了涡轮基组合循环动力-可重复使用火箭（TBCC-RR,Turbine Based Combined Cycle-Reusable Rocket）、火箭基组合循环动力-可重复使用火箭（RBCC-RR,Rocket Based Combined Cycle-Reusable Rocket）和可重复使用火箭-可重复使用火箭（RR-RR,Reusable Rocket-Reusable Rocket）方案,分析了级间分离点、一级飞行器推阻比和一级飞行器结构质量分数等参数对设计结果的影响.研究结果表明,级间分离点设计对TSTO总体方案影响很大,若使用RBCC型飞行器作为第1级,建议在超燃冲压模态后即进行两级分离;TBCC-RR方案比RBCC-RR方案起飞总质量更小,但RBCC-RR方案一级飞行器结构质量更小;减小TSTO系统起飞总质量的最有效途径是减小飞行器的结构质量分数,其次是提高飞行器的推阻比.      

风偏差对火箭最大气动载荷精度的影响

高空风的预报精度对运载火箭的飞行安全有重要影响,主要表现在对运载火箭飞行中的最大气动载荷的精度影响。以某地区实况风为基准,分析了高空风预报值产生的风偏差对火箭最大气动载荷参数精度的影响。结果表明:最大气动载荷预报值的精度随高空风预报时效延长而降低,其相对误差从第1天的5.68%增长到第11天的26.49%;且最大气动载荷预报值精度与季节有关,该预报精度在秋季最高,春季最低。研究结果在火箭发射的飞行保障及安全决策方面具有参考价值。      

子午工程探空火箭伸杆展开机构技术研究

根据子午工程探空火箭电子和电场探测需求,设计了套筒式伸杆展开机构.通过电子伸杆和电场伸杆的结构方案设计、力学仿真分析,伸杆单项力学试验,伸杆与整箭的匹配力学试验以及伸杆飞行试验验证得出,该伸杆技术方案合理可行,伸杆总体构型、布局设计及结构方案设计满足科学探测各项技术指标的要求.      

Ozone variations observed during the International Ozone Rocket Sonde Intercomparison

The International Ozone Rocket Sonde Intercomparison (IORI) conducted at Wallops Island during October 1979 provided a unique opportunity to observe ozone variations in great detail from several observing systems. The measurement period lasted 15 days during which time ozone observations were taken by ground-based, balloon, rocket, and satellite instruments. These data provided a unique opportunity for diagnosing regional stratospheric variability over a 2 week period. Examination of NMC analyses indicated that during this period the stratospheric polar vortex moved southeastward bringing air from high latitudes to Wallops Island above 10 mb. A concurrent change was observed in the upper stratosphere ozone fields observed by Nimbus-7 SBUV and in the ozone vertical distribution measured by the rocket soundings. In this study the satellite and rocket measurements are compared. The agreement is good, certainly within the errors of the measurements.     

氢氧发动机推力室化学反应流场计算

采用弱耦合点隐式方法的MacCormack格式对氢氧火箭发动机推力室化学反应粘性流场进行数值模拟.数值模拟时采用6种组分、8个反应有限速率的化学反应模型,湍流模型采用Baldwin-Lomax代数湍流模型.数值模拟得到了流场参数在燃烧室和喷管中的分布.结果分析表明,得到的数值模拟结果与理论分析一致,说明结果是可靠的.本文的工作为氢氧火箭发动机喷管设计提供了依据,并为进一步开展火箭发动机推力室有化学反应的两相流动的数值模拟打下了基础.     

一种改进的固液火箭发动机故障诊断方法

针对固液火箭发动机的可靠性问题，设计了一种改进的贝叶斯网络故障诊断方法，可以通过网络化自主逻辑推理，对固液火箭发动机进行故障诊断。为了提取时序观测信号的故障特征，提出将步进法与核主成分分析(KPCA)相结合的分析方法，并根据模糊C均值聚类算法(FCM)建立模糊多态贝叶斯网络，实现对观测信号尺度的模糊处理，提高对不确定性故障的诊断能力。通过Matlab/Simulink建立改进的贝叶斯网络故障诊断系统。仿真结果表明，改进的算法能够实现对固液火箭发动机常见故障的有效诊断，并能够适应小样本集学习的情况。与传统贝叶斯诊断算法相比，故障诊断的平均准确率提高了20.9%。     

固液火箭发动机车轮形装药参数化设计与内弹道性能研究

装药设计和内弹道性能特性研究可为固液火箭发动机的设计和优化提供基础。建立了固液火箭发动机装药设计和内弹道计算的流程与方法，根据燃面退移规律，获得了车轮形装药燃烧面积、药柱通道面积等参数随燃去肉厚的变化关系。针对给定的设计指标及动力系统方案，开展了有中心孔车轮形、无中心孔车轮形、双D形及管形装药方案设计。计算结果表明:在相同的设计要求下，车轮形装药具有更大的燃烧面积、更高的装填分数及更小的药柱长径比；管形装药的氧燃比、燃烧室压强、推力等性能参数随时间变化更小；减小药柱外径可提高管形、双D形装药的装填分数，但同时会提高药柱的长径比。研究结果对车轮形装药固液火箭发动机内弹道特性及规律的认识可起到较好的支撑作用。      

利用视加速度补偿和推力逐级释放的垂直着陆制导方法

针对运载火箭子级垂直返回着陆段的制导问题,本文在应用凸优化的滚动时域在线规划基础上研究了制导鲁棒性的改善策略。为应对着陆后期控制能力不足的情况,在滚动规划过程中引入了推力上界逐级释放的策略。同时,考虑缓解干扰和误差累积的影响,在制导周期内引入视加速度信息对在线规划的推力指令进行补偿,以进一步改善滚动规划的递归可行性。最后,通过数值算例仿真及对比分析验证所提出的补偿策略的有效性。