四级固体运载火箭弹道设计及运载能力分析

固体运载火箭作为我国航天运输系统的重要组成部分，具有整箭贮存、海陆通用、快速响应的特点，在军民商发射领域受到了广泛青睐。针对我国固体火箭运载能力在2~3 t（500 km太阳同步轨道）区间上存在“缺位”的现实，首先给出了一款运载能力约3 t的四级全固体运载火箭构型。随后建立了固体运载火箭三自由度弹道计算和优化模型，通过仿真手段分析了其典型弹道曲线特点，以及推重比、各级结构质量、末级装药量对运载能力的影响规律，为未来固体火箭的总体方案论证提供参考依据。     

我国新一代中型高轨运载火箭发展研究

新一代火箭CZ-5、CZ-6和CZ-7陆续首飞成功,拉开了我国运载火箭更新换代的序幕。新一代中型运载火箭CZ-7于2016年6月和2017年4月圆满完成了两次飞行任务,为中型运载火箭的研制奠定了坚实的基础。在CZ-7火箭基础上,增加CZ-3A氢氧三子级,在海南文昌发射GTO轨道卫星,运载能力不低于7.0t,可快速形成更新换代能力,填补我国GTO轨道该吨位的运载能力的空白。为了进一步提升我国运载火箭的竞争力,对标国际先进水平,针对新一代中型高轨运载火箭开展构型优化研究,以提高火箭性能,降低火箭成本,提升火箭的使用维护性能,满足后续GTO发射任务需求。     

新一代中型系列运载火箭长征八号的发展及其关键技术

回顾长征八号系列运载火箭的发展,其研制定位填补中国太阳同步轨道3 t至4.5 t运载能力空白,并衍生出对3 t以下运载能力覆盖的无助推器构型,从而构成中国新一代主力中型火箭。在此基础上开展了长征八号改进型火箭的研制工作,进一步提升运载能力和缩短发射周期。文中介绍了长征八号基本型所突破的关键技术,以及探讨了改进型研制中在氢箱闭式自生增压、3.35 m直径PMI夹层氢氧共底贮箱设计等关键技术上的创新;并结合文昌商业发射工位的建设,对未来长征八号系列运载火箭的发展进行了展望。     

面向21世纪的中国航天运载技术

一、中国航天运载技术的现状 经过40多年的不懈努力，中国的航天运载技术得到了长足的发展，长征系列火箭已具有发射近地轨道、太阳同步轨道、地球同步转移轨道等多种轨道有效载荷的运载能力，入轨精度达到国际先进水平。该系列火箭近地轨道运载能力覆盖0.3～9.5吨，地球同步转移轨道运载能力达到5.1吨，太阳同步轨道运载能力达到6.1吨。 值得指出的是，80年代后期研制的长征二号E捆绑式火箭是我国运载火箭技术发展的一大飞跃，使我国运载火箭近地轨道运载能力达到9.5吨，为我国实现载人航天的目标打下了坚实的基础。而90年代中期研制成功…     

系列化构型运载能力设计余量留取方法研究

调研了美国航天型号研制中设计余量留取的情况,结合系列化构型论证工作,对运载能力设计余量留取问题进行了初步研究,分析了关键参数对运载能力的影响,针对不同目标轨道、系列化构型的差异,探索得到了运载能力设计余量差异化留取的方法。     

栅格翼在减小火箭残骸落点散布上的应用

文章利用栅格翼高气动效率、高阻力的特点,探索其在火箭芯一级残骸落点散布控制上的应用。首先介绍了栅格翼气动性能分析采用的数值模拟方法,通过与试验数据对比,验证了方法的可靠性。针对火箭芯一级箭体,开展了栅格翼设计研究,给出了详细的栅格翼几何尺寸,分析了其在亚跨超声速阶段气动性能,通过6自由度蒙特卡罗弹道拉偏仿真,对比了栅格翼安装前后火箭芯一级残骸落点散布范围。结果表明,火箭芯一级加装栅格翼后,上升段折叠安装,阻力增量较小,超声速阶段阻力增量2%以内;再入段栅格翼打开,小迎角范围内火箭芯一级残骸压心后移明显,气动稳定性增强;芯一级残骸进入大气层后飞行姿态迅速振荡收敛,残骸落点散布范围大幅缩小,安装栅格翼后火箭芯一级落点散布面积减小约76%,这种基于稳定栅格翼进行落点控制的方法具有机械结构简单,易于工程实现的特点,适用于各类运载火箭的改造,可大幅度减小落区的范围。     

微型发射器：一个太空新时代的技术

正如物理学产生研究最大对象宇宙学和最小对象粒子物理学一样,今天火箭技术也正在朝两个看似不同的方向发展。即一个朝着更庞大的火箭发展,如美国私人太空公司SpaceX公司的重型“猎鹰”运载火箭,其设计的最大近地轨道运载能力为50hE,而NASA的SLS运载火箭的最大近地轨道运载能力为70吨;另一方向是,NASA积极支持私人公司投身航天器发射行业,越来越多创业公司可以发射小型通讯卫星的航天器,其最大近地轨道运载能力为几十到几百千克。     

基于物理规划的固体运载火箭多学科设计优化

固体运载火箭设计属于典型的多学科设计问题,为提高同体运载火箭设计水平和缩短研制周期,提出了基于物理规划的固体运载火箭多学科设计优化方法.建立了固体运载火箭多学科系统分析模型,以卫星轨道设计计算得到的运载火箭关机点参数和最小火箭起飞质量为设计准则.采用物理规划方法构造系统级火箭总体设计优化模型,以发动机总体性能指标为设计准则,采用物理规划方法构造子系统级发动机设计优化模型.通过系统级总体设计优化和并行的子系统级发动机设计优化的嵌套循环,得到满足火箭运载能力的各级固体发动机最优设计结果,即得到内外弹道相匹配的发动机最优推力-时间曲线.     

图片新闻

正2019年7月26日11时57分,我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭,成功将遥感三十号05组的3颗卫星送入预定轨道,"一箭三星"发射取得圆满成功。在本次发射中,火箭的一子级落点实现了精确控制,一子级残骸在设定的落区范围内被顺利找到,标志着我国运载火箭首次"栅格舵分离体落区安全控制技术"试验取得成功,意味着我国成为继美国之     

空中发射技术特点的量化分析

近几年,随着小卫星市场的蓬勃发展,小型卫星发射市场持续升温,以飞马座XL和运载器一号火箭为代表的空射火箭完成多次发射任务,将数十颗卫星送入近地轨道。空射运载火箭具备快速响应、机动灵活、发射成本低、任务适应性强等技术特点。运载火箭从空中发射可以充分利用载机的飞行高度和飞行速度,在相同的系统运载能力下,火箭的起飞质量更小;在相同的火箭起飞质量下,系统运载能力更高;同时,对于规模星座快速部署,空中发射的灵活优势显著。围绕空射火箭的上述技术特点,基于空射火箭模型开展仿真分析研究及不同发射方式的结果对比,结果表明空射方式对提升系统效益效果显著。     

垂直返回重复使用运载火箭技术分析

结合SpaceX公司近期进行的多次猎鹰火箭一子级垂直着陆返回技术试验,对比分析垂直返回重复使用运载火箭两种返回方式的工程应用价值。首先,建立运载火箭一子级动力返回段弹道设计动力学模型。随后,提出基于H-V飞行剖面分段返回弹道设计方法。然后针对“返回原场”（RTLS）和“不返回原场”(NRTLS)两种垂直返回方式,构建综合考虑上升段与返回段的推进剂耦合作用的一体化弹道优化设计策略。最后,通过数值仿真,对比分析了两种返回方式下的火箭运载能力。结果表明,采用“不返回原场”方式的运载能力损失仅占“返回原场”方式的一半,具有较好的工程应用价值。     

载人登月运载火箭总体方案研究

介绍了国外重型运载火箭方案技术特点和性能,对我国新一代运载火箭发动机研制给出了以两级半构型为重型运载首选、120,400t推力吨位可满足我国未来运载火箭一级动力需求、100t级真空推力氢氧发动机是我国重型运载较佳选择,以及箭体直径最大7～8m为宜的建议。针对我国的载人登月任务,提出了重型运载的四条发展路线,优选了一型运载火箭并进行了细化设计。     

中国运载火箭地面系统发展方向研究

地面系统用于支持和保障火箭的发射与试验,对火箭的使用性能、发射能力、发射场配置及工作流程等有重要的影响。调研了国外运载火箭地面系统发展现状,总结了国外运载火箭地面系统发展趋势。从快速发射、简易发射、安全发射、自动发射和通用发射等方面提出了地面系统发展思路和主要关键技术,为我国后续运载火箭地面系统发展提供参考。     

运载火箭飞行载荷联合优化控制技术

为了解决基于模块化研制的运载火箭其飞行剖面载荷与承载能力不匹配而导致发射概率过低的问题，提出一种基于弹道风修、发动机节流、主动减载、横向动载荷精细化四项减载技术的飞行载荷联合优化控制技术。以箭体承载能力为约束，提高发射概率为目标，多种载荷控制技术联合为手段对运载火箭进行逆向设计，可以有效提高模块化研制火箭的发射概率。以长征八号运载火箭首飞为例，该技术成功将发射概率由研制初期的33%提高到83%。     

载人运载火箭技术回顾与展望

载人运载火箭是运载火箭家族中一个比较特殊的种类。通过对历史上载人运载火箭发展的简单回顾,总结了载人运载火箭的主要特点。从载人运载火箭总体设计、分系统设计等方面展望了未来载人运载火箭设计需求,供未来载人运载火箭的设计参考。     

基于Gauss伪谱法的固体运载火箭上升段轨迹快速优化研究

研究Gauss伪谱法在多级固体运载火箭上升段轨迹快速优化设计中的应用。针对多
级固体运载火箭上升段轨迹优化的特点,研究了求解多阶段最优控制问题的Gauss伪谱法,
引入连接点概念处理间断点,设计了边界控制变量计算方法。为进一步提高轨迹优化速度,
设计了含初值生成器的Gauss伪谱法串行轨迹优化策略,实现了固体运载火箭上升段轨迹快
速优化。仿真结果表明,采用提出的优化方法优化一条上升段轨迹所用时间为2~3分钟,终
端约束和路径约束均得到很好满足,算法求解精度高,对初值依赖性小,设计的边界控制变
量计算方法可行。     

基于力法的超静定捆绑火箭传力特性研究

对于采用超静定捆绑的助推器来说,对捆绑装置载荷的准确预示是开展构型论证、结构设计和优化的关键工作。基于力法,推导了超静定捆绑助推器的捆绑载荷解析模型,并通过有限元方法进行了验证。在此基础上,获得了捆绑装置刚度、安装位置及捆绑个数对捆绑载荷的影响规律,从而为工程应用提供了一定的参考和理论支撑。     

运载火箭性能计算一体化优化设计系统分析与设计

运载火箭性能计算一体化优化设计系统在运载火箭方案论证设计阶段中有着重要的应用价值。本文在面向对象方法学的指导下，建立了运载火箭性能计算一体化优化设计软件系统的对象模型、动态模型以及功能模型，划分了系统的组成模块，利用Visual studio 6．O和Office2000开发实现了该软件系统。对象技术的应用使得系统具有良好的通用性。该软件系统可以完成不同型号运载火箭和不同优化设计性能要求的仿真优化计算，软件具有较好的稳定性、可重用性和可维护性。