运载火箭助推器回收技术分析与启示

可重复使用运载火箭对于实现低成本、高可靠、自由进出空间具有重要作用,是提高我国进入空间能力,提升我国综合国力的重要途径之一,实现助推器回收是运载火箭进行重复使用的核心技术。以运载火箭可重复使用技术为背景,从运载火箭助推器伞降回收、垂直返回和带翼飞回3种回收方式着手,充分调研了美国、俄罗斯、欧洲在运载火箭助推器回收技术领域开展的几个典型项目的方案特点和研制情况,以及我国相关技术的发展状况,分析比较其技术难点和应用前景,提出我国发展助推器回收技术的相关建议,为我国发展可重复使用运载火箭提供研究发展思路和参考。     

国外航天回收技术和航天救生技术近况

本文简略地回顾了近10年国外航天回收技术和救生技术的研究方向和重点。航天回收技术的研究重点由常规伞系统转向了研制大型冲压翼伞。而航天救生技术的研究重点是空间站的救生问题,其主要任务是发展高性能的空间救生艇。文中也叙述了运载火箭的回收问题和返回舱的使用问题。     

国外航天回收技术和航天救生技术近况

本文简略地回顾了近１０年国外航天回收技术和救生技术的研究方向和重点。航天回收技术的研究重点由常规伞系统转向了研制大型冲压翼伞。而航天救生技术的研究重点是空间站的救生问题，其主要任务是发展高性能的空间救生艇。文中也叙述了运载火箭的回收问题和返回舱的使用问题。     

翼伞雀降技术

雀降是翼伞的一种重要性能,在本质上是一种小心操纵的动力失速,使回收系统以最小的速度着陆,降低着陆冲击,实现定点着陆。文章简要介绍了翼伞雀降技术的概念、雀降的典型过程和影响雀降性能的主要因素。目前有限元模拟技术已经用于大型冲压翼伞的雀降技术研究中。随着回收载荷和空投物质量的增加,原来用于翼伞雀降的伺服机构已不再适用,各国正在寻找新的动力源或方法来实现自动雀降。     

运载火箭助推器伞控回收方案及安全性分析

近年来民营航天公司在火箭回收技术上取得了巨大的突破和成功,受到了广泛关注,各国各种先进回收技术和方案也在验证中,我国也已加速开展回收方案论证和试验验证。提出了一种简单可靠、子系统成熟、成本低廉且具备快速搭载飞行试验演示验证条件的回收方案,该方案采取伞降减速、翼伞落点控制及支腿着陆防护的方式回收助推器,可以作为我国火箭回收工程实践的第一步,为后续回收技术研究和实践积累经验和数据。通过助推器分离仿真分析、再入过程气动计算及姿态仿真计算表明助推器回收方案不影响主飞行任务安全性,再入回收过程可控,具备工程实施的可行性。     

航天返回与遥感2004年中文总目次(第25卷)

再入与返回技术年 -期 -页充气展开式新型空间回收技术展望 2 0 0 4 - 0 1- 0 1先进的精确空投系统 2 0 0 4 - 0 1- 0 6可控翼伞的飞行控制程序设计与运动仿真 2 0 0 4 - 0 1- 11降落伞充气时间的计算方法 2 0 0 4 - 0 1- 17基于预处理方法的冲压式翼伞非定常气动特性数值研究 2 0 0 4 - 0 2 - 0 1降落伞稳定下降阶段流场的数值模拟 2 0 0 4 - 0 2 - 0 1翼伞系统两体相对运动分析 2 0 0 4 - 0 2 - 10神舟号载人飞船回收着陆分系统设计与性能评估 2 0 0 4 - 0 3- 0 1航天器回收着陆仿真软件系统 (ARLSSS)简介 2 0 0 4 - 0 3- 0 7翼伞系统…     

国际首次采用大型翼伞可控回收火箭助推器——助推器精确回收飞行试验圆满成功

正2021年6月3日,北京空间机电研究所研制的助推器大型翼伞回收系统搭载"长征三号乙"运载火箭进行了首次飞行试验,助推器与火箭芯级分离后,国内最大的翼伞(300m~2)控制4t级助推器朝预定着陆点机动飞行,降落在安全区域内,飞行试验取得圆满成功。近年来,随着中国航天的迅猛发展,运载火箭进入高密度发射期,运载火箭分离体落区安全控制问题愈发受到关注。翼伞精确回收是利用翼伞优良的滑翔能力和可操纵性,通过自主归航控制实现载荷的精确定点回收,还可通过"雀降"操纵实现安全无损着陆,是一种高效、     

翼伞雀降技术

雀降是翼伞的一种重要性能，在本质上是一种心操纵的动力失速，使回收系统以最小的速度着陆，降低着陆冲击，实现定点着陆冲击，文章简要介绍了翼伞雀降技术的概念，雀降的典型过程和影响雀降性能的主要因素。     

航天器海上伞降回收技术发展与展望

对海上伞降回收的国外发展情况、关键技术以及我国开展海上伞降回收的研究基础和展望进行了介绍。目前,美国是采用海上伞降回收最多的国家,已经成功完成了多种型号飞船返回舱、航天飞机助推器以及整流罩的海上伞降回收。根据航天器海上伞降回收的方案,海上伞降回收的关键技术可分为降落伞气动减速、航天器着水冲击、航天器姿态调整、海上标位以及海上救援回收。基于我国现有的研究基础和技术储备,我国开展海上伞降回收已经具备一定的条件,可为我国未来海上伞降回收的开展提供较好的支撑。为建立完整的海上伞降回收体系,仍需解决航天器海上空投试验以及高海况海上综合试验、海上救援回收体系搭建、溅落海区的选择以及大质量航天器群伞减速技术等问题。     

超大型组合翼伞与超大型连续翼伞的气动性能对比分析

随着航天回收系统应用需求越来越广,回收物质量也越来越大,对翼伞面积的要求越来越高,超大型翼伞开始受到广泛的关注,然而目前国内外对超大型翼伞的研究较少。对此,文章以超大型连续翼伞和超大型组合翼伞为研究对象,分别对其进行物理建模。采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）的方法,基于k-epsilon湍流模型,分别计算在无下拉、单侧下拉、双侧下拉时超大型连续伞和超大型组合伞的气动特性。研究发现,超大型组合伞在组合处有很明显的气流补充,可以减缓流动分离的情况,增大失速迎角,更适合大攻角的飞行任务,适用范围更广。研究成果可以为以后超大型翼伞的选型提供一定的参考。     

可控翼伞回收系统运动特性仿真研究进展

扼要地介绍了近年来我国航天科技工作者在翼伞回收系统运动仿真研究方面所做的工作。内容涉及翼伞系统的建模、滑翔转弯与雀降性能仿真研究以及相应的稳定性分析。研究结果对翼伞回收系统的设计和试验有参考价值。     

航天返回与遥感2005年中文总目次

再入与返回技术年-期-页空间站充气式下载系统的概念研究2005-01-05卫星多体回收技术综述2005-01-10降落伞伞包载荷分析计算2005-01-14翼伞精确定点着陆归航方法研究2005-01-18航天器回收降落伞系统设计程序介绍2005-01-24引导伞减速伞开伞过程建模2005-01-27前缘切口对冲压式翼伞的气动力影响2005-01-36PE绳的特性及物理性能测试2005-01-58降落伞缝合部强度分析及几种常见疵病对强度的影响2005-01-61降落伞充气过程中尾流再附动力学分析2005-02-01风场对舱-伞系统着陆姿态影响的仿真研究2005-02-06返回舱和着陆系统设计的新理念2005-03-01…     

垂直着陆重复使用运载火箭对动力技术的挑战

运载火箭采用垂直着陆方式实现重复使用的需求对火箭各分系统提出了新的挑战,而动力系统面临的挑战最大。垂直着陆重复使用运载火箭要求发动机提供正常的上升段推力外,还需提供运载火箭子级垂直着陆回收过程中的平稳减速力和稳健控制力,因而要求发动机具备可重复使用、大范围推力调节、二次起动、适应回收环境等多种能力,并具备较低成本。本文介绍了美国SpaceX公司开展FALCON 9系列运载火箭一子级垂直着陆回收技术研究和相关飞行试验的最新进展,研究并提出了垂直着陆重复使用运载火箭对动力技术的需求。     

用于无人机精确着舰的翼伞归航控制方法

舰载无人机是未来的发展趋势,无人机如何能够精确安全着陆在小型舰船是亟需解决的关键技术。文章介绍了一种采用可控翼伞实现无人机精确着舰的回收方法,在传统的翼伞分段式归航控制方法的基础上,设计了一种带末段修正的改进型归航控制方法,有效提高了翼伞归航精度;再结合受控动目标协作控制方法,实现翼伞载无人机的精确着舰。文章建立了归航控制航迹规划模型,通过MATLAB软件进行了仿真分析,验证了控制方法的可行性,并与传统的分段归航控制方法进行比较,证明了该方法可显著提高着陆精度。     

可控翼伞单电机伺服机构微机控制

可控翼伞后缘有二组操纵绳,控制它可以改变翼伞飞行方向,实现回收体在预定点(区域)着陆和回收。通常使用二个电机分别进行操纵控制。为了提高系统的性能,减少部件,探讨了单电机进行双边操纵控制的新方案。文中主要介绍微机操纵控制系统的硬件、软件设计。     

可控翼伞单电机伺服机构微机控制

可控翼伞后缘有二组操纵绳，控制它可以改变翼伞飞行方向，实现回收体在预定点（区域）着陆和回收。通常使用二个电机分别进行操纵控制。为了提高系统的性能，减少部件，探讨了单电机进行双边操纵控制的新方案。文中主要介绍微机操纵控制系统的硬件、软件设计。     

国外新一代载人飞船减速着陆技术研究

新一代的载人飞船向着多功能化、多任务目标适应性的方向发展,可重复使用性和精确着陆的要求逐步提高。文章介绍了美国多用途乘员飞行器(MPCV)、乘员航天运输-100飞船(CST-100)、龙(Dragon)飞船,以及俄罗斯新型载人航天运输系统(PPTS)等典型的新一代载人飞船的减速着陆技术;主要研究了降落伞系统、减速着陆工作程序及着陆缓冲系统;分析了在气动减速和着陆缓冲方面采用的群伞技术、着陆缓冲技术、精确着陆控制技术;提出我国在新一代载人飞船研制时应大力开展群伞系统、大载重着陆缓冲系统的研制,并进行减速与着陆缓冲系统地面试验和空投试验技术的研究。     

“神舟号”载人飞船开伞控制方案设计

载人飞船的开伞控制方案是回收着陆系统设计中的一个关键环节,它直接关系到飞船回收着陆系统工作的成败。文章根据载人飞船特点的分析,制订了飞船开伞控制方案,即采用静压高度控制法来控制开伞,然后根据静压高度控制的工作原理,详细介绍了开伞控制方案的设计方法和流程。仿真试验和飞行试验结果表明:"神舟号"载人飞船开伞控制方案的设计是合理的、正确的。     

运载火箭返回着陆在线轨迹规划技术发展

在线轨迹规划技术作为实现可重复使用运载火箭返回着陆的关键技术,能够根据飞行状态实时计算最优飞行轨迹,从而有效应对运载火箭返回过程中内外部不确定性的影响。首先,梳理了在线轨迹规划方法的特点和研究现状。然后,阐述了美国针对在线轨迹规划技术开展的研究工作,以及其他国家航天机构针对垂直着陆制导控制技术设计的验证飞行器和验证计划。最后,结合运载火箭垂直着陆问题的特点,总结了基于数值优化的在线轨迹规划技术的研究方向。     

翼伞技术研究的最新发展

当今美国对翼伞的研究非常活跃,涉及的面非常广,内容也很丰富,其中包括研制特种新型翼伞、空投重物的大面积翼伞、用GPS(全球定位系统)为导航仪的定点着陆控制技术、翼伞操纵训练的计算机仿真、翼伞的竞技运动及其他应用技术等。文中将重点介绍三项可借鉴的最新成果。首先,介绍一种新概念的全封闭前缘后掠翼伞,内容涉及到该种翼伞的展弦比、结构参数、材料、开伞、充气动态性能、有效载荷、机动性等。其次,介绍模拟机的研制,该机成为跳伞运动员专业教学训练的新工具,还可为先进的精确机载回收系统提供仿真,从而有机会全面了解风、有效载荷对控制的影响。最后,介绍在美国高滑翔回收系统中,具有新里程碑意义的GS—750—1翼伞,由于不断的改善性能,提高精度,从而能自动降落到离中心目标100m之内的地方。