长征四号乙/丙运载火箭末级空间碎片减缓技术研究与应用

为有效减少空间碎片的产生,避免空间碎片危及空间活动和航天器安全,保护空间环境,对长征四号乙/丙(CZ-4B/4C)运载火箭末级空间碎片减缓技术及应用进行了研究。基于国际上对运载火箭末级空间碎片减缓的钝化和离轨等基本要求,确定了CZ-4B/4C运载火箭末级的钝化和离轨技术。给出了改进后的剩余推进剂排放方案。介绍了其中推进剂管理、排放程序优化设计、推进剂排放污染分析、全系统地面冷流试验、排放程序兼顾离轨,以及高压气体释放等关键技术。对CZ-4B/4C运载火箭28次LEO轨道发射任务事后的末级离轨效果统计表明:末级留轨近地点高度平均下降约200km,留轨寿命降低约70%,采取的末级钝化措施在LEO任务中的离轨效果明显。讨论了CZ-4B/4C运载火箭末级留轨时间控制中后续三级发动机二次点火离轨、三级发动机三次点火离轨和姿控正推推力器离轨等主动离轨方法发展及其关键技术。研究对推动我国运载火箭空间碎片减缓的发展有重要参考价值。     

空间碎片环境和空间排放技术研究

论述了空间碎片环境及其对人类文明发展和航天安全的潜在威胁和空间剩余推进剂排放是防止末级火箭空间爆炸、减少空间碎片的有效措施。文中重点介绍了空间排放技术。     

MATLAB在运载火箭遥测事后数据处理中的应用

运载火箭遥测事后处理的目的是监测分析末级火箭推进剂的排放过程,为减少星箭分离后末级火箭爆炸引起的空间碎片提供技术支持。针对遥测数据处理过程的特点和难点,结合MATLAB简单、快捷、准确及结果可视化等优点,提出用MATLAB语言解决关键技术的全新遥测数据处理方法,并阐述其在运载火箭遥测事后数据处理中文件管理、遥测数值计算、图形显示等方面的应用。该方法的应用解决了遥测数据处理的难点,结果真实有效,为今后的遥测数据处理提供了一种新思路。     

末级火箭剩余推进剂的排放技术

与日俱增的空间碎片严重地威胁着航天器的安全,据美国航宇局的研究表明,如果不采取新的防范措施,90年代航天器与空间碎片碰撞的可能性将超过现有的安全限度。 据美国资料统计(至1990年11月),地球上空的卫星(含空间碎片)数量中,碎裂碎片占39％(见图1)。在这些碎片中,除美国及原苏联为空间竞争进行空间试验所产生的大量碎裂碎片以外,相当部分是末级火箭在完成运送任务以后,在轨道上运行过程中发生爆炸而产生的碎片。据资料统计,至1991年5月,末级火箭在轨道上爆炸已达129次。因此,防止末级火箭在轨道上爆炸是减少空间碎片增长的一个重要措施。     

我国在缓减空间碎片上所做的努力

自从1970年我国长征一号火箭将东方红卫星送入太空以来,到1998年4月为止,我国长征系列火箭已经进行了50次发射,将52颗卫星或模拟星送入太空.其中返回式卫星17颗。1990年10月4日,长征四号运载火箭在星箭分离32天后,其上面级发生爆炸事件,产生了约86个空间碎片。该爆炸事件被美国和俄罗斯的空间监视系统所捕获,引起了国际空间碎片组织的充分重视,并多次与我国政府进行了交涉与对话。为避免爆炸事件的再次发生,长征四号运载火箭第三级拟增加剩余推进剂排空设计,在飞行任务结束后,通过新设计     

星箭分离后箭遥数据处理系统的软件设计与实现

星箭分离后末级火箭的爆炸造成大量的空间碎片,严重威胁载人航天等空间活动。解决措施之一就是末级火箭剩余燃料的排放。星箭分离后遥测数据处理的目的是监测分析末级火箭推进剂的排放过程。文中讨论星箭分离后火箭遥测数据的基本特点、星箭分离后火箭遥测数据处理软件各模块的主要功能,以及软件在实现过程中采用的关键技术,并对遥测处理结果数据的分析和拓展应用进行了阐述。     

空间碎片观测综述

空间碎片又称轨道碎片,是指宇宙空间中除正常工作的飞行器外的所有人造物体,包括飞行着的各种残骸和碎片,大到废弃的卫星、运载火箭末级,小到固体火箭发动机燃烧后的氧化铝小颗粒或从航天器上剥落下来的漆片。这些人造物体长期运行在空间轨道上,并随着人类航天活动的扩展日益增多。据估计,目前地球空间轨道上空间碎片的数量在数十万至数百万之间,而地面能够观测到的在轨运行的人造物体却不到1万个。以2003年6月24日美国公布的资料为例,登录在案的在轨物体数目有9106个,其中真正有效的航天器为1003个,即89郾0%的在轨物体为空间碎片。空间碎片的存在严重地威胁着在轨运行航天器的安全,它们和航天器的碰撞能直接改变航天器的表面性能,造成表面器件损伤,导致航天器系统故障,对航天器的正常运行带来极大的危害。同时空间碎片的不断产生对有限的轨道资源也构成了严重威胁,尤其是当某一轨道高度的空间碎片密度达到一个临界值时,碎片之间的链式碰撞过程将会造成轨道资源的永久破坏。因此,为了安全、持续地开发和利用空间资源,就必须不断提高对空间碎片的跟踪监视技术,增强对空间碎片环境的分析预测能力,同时寻求控制空间碎片的有效措施。     

考虑火箭约束的深空探测弹轨道拼接模型

针对深空探测任务轨迹规划中对于运载火箭弹道约束考虑不足、弹轨道拼接设计效率低的现状,建立了考虑运载火箭射向和末级滑行时间约束的弹轨道拼接计算模型,在无引力摄动假设下得到了任意深空出发速度条件下的运载火箭射向和末级滑行时间计算公式。利用该模型分析了弹轨道可成功拼接的集合范围随深空出发速度、发射场地理位置、火箭射向和滑行时间约束范围的变化规律。提出深空出发"赤纬-发射能量"(δ-C3)图方法,可在图上表示指定型号运载火箭深空发射能力可行域,结合深空轨道转移Pork-Chop图方法,可以快速判断该型运载火箭是否适用于特定深空发射任务。依据这一方法,提出了对我国未来深空探测运载火箭射向和末级滑行时间的能力需求。     

日本液氢·液氧火箭发动机进行高空性能试验

据国家航空技术研究所角田分所宫岛博报道,日本为发射大型人造卫星,对运载火箭的末级液氢,液氧发动机进行了研制和试验。1976年,角田分所已对该末级发动机进行了燃烧和热传导以及发动机元件一类的研究试验,1978年10月,为进一步对此类发动机进行高空性能试验,而在该所火箭发动机高     

迭代制导情况下姿态控制系统稳定性分析方法研究

为了提高火箭的入轨精度和轨道适应能力,我国在新一代运载火箭末级中采用了迭代制导技术,俯仰、偏航程序角根据火箭运动状态和目标轨道参数实时变化,目前工程设计中仍按照固定程序角方式开展稳定性分析。本文推导出迭代制导程序角与火箭速度、位置之间的线性关系式,在国内首次提出了迭代制导情况下的稳定性分析方法,并以新一代运载火箭为例进行了实例计算,结果表明此分析方法正确、可行,具有一定的参考价值。     

远程自主接近轨道设计技术

对完成任务的运载火箭末级、失效卫星等空间非合作目标进行空间操作是复杂的,需要地面测控网与主动航天器的密切合作才能完成抵近及相应操作。以火箭末级残骸作为空间非合作目标,给出了远程自主接近的轨道设计方法。通过地面遥控上传的目标轨道参数,主动航天器进行自主异面机动、主动调相等多次点火,完成对非合作目标的远程接近,接近距离在50km之内,2016年6月底远征一号甲上面级的成功飞行验证了该方法和设计结果的有效性。     

无控航天器与空间碎片再入的工程预测方法研究现状

无控航天器、火箭末级以及空间碎片再入地球大气层后可能未烧尽,残存的小碎片高速撞击地面,对人类安全和生态系统构成极大威胁。提前预测其再入轨迹并采取预防措施能够有效降低地面风险。文章对无控航天器和空间碎片再入工程预测模型,包括航天器模型、动力学模型、气动热模型和烧蚀解体模型的研究现状进行跟踪与总结,也介绍了国内外有公开资料的工程应用软件,并讨论若干关键问题和进一步研究方向。     

运载火箭主动段爆炸碎片散布范围计算

结合液体火箭爆炸特征和相关的工程计算方法，经适当的假设建立了计算运载火箭爆炸碎片散布范围的数学模型并计算出了某型号运载火箭主动段爆炸碎片的散布范围。     

液氧煤油发动机:航天新征程 动力新高峰

<正>随着长征六号运载火箭一飞冲天,我国航天动力不仅进入了绿色无毒时代,也将我国航天动力推上了新高峰。长征六号火箭的动力系统——三级运载火箭发动机全部都由地处西安航天基地的中国航天科技集团六院研制;一级火箭采用了120吨液氧煤油发动机作为主动力,二级火箭使用的是18吨液氧煤油发动机。液氧煤油发动机填补了我国补燃循环发动机的技术空白,使我国航天动力进入绿色环保新     

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。     

新一代固液捆绑运载火箭研制及创新

长征六号甲运载火箭是我国首款固液捆绑运载火箭,相比固体捆绑运载火箭,其总体优化设计、力热环境预示、联合摇摆控制、无人值守等一系列技术方面有新的突破,推动了我国运载火箭技术的进一步发展。长征六号甲运载火箭作为我国后续新一代运载火箭的主力构型,在火箭系统设计、成本管控及数字化应用方面,进行了技术及管理流程的创新。本文对火箭研制历程、技术特点、流程创新和数字化应用进行了论述,提出了我国运载火箭的后续发展方向。     

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。     

运载火箭上面级功能与技术发展分析

对狭义的运载火箭上面级的功能与技术发展进行了综述.介绍了美国阿金纳、半人马座,俄罗斯的Fregat、微风,欧空局的EPS等典型上面级的应用和性能参数.概述了上面级应用灵活性不断提高、性能不断提升、功能不断发展等主要发展趋势.分析了运载火箭上面级的多星发射部署、卫星直接入轨、火箭运载能力增加、完成特定入轨任务等应用.讨论了运载火箭上面级需发展的总体优化、轻质化等技术.探讨了我国发展运载火箭上面级的建议.     

美国的大型运载火箭

60年代以来,美国研制了10余种一次性使用运载火箭.在70年代末航天飞机发射成功后,美国曾忽视一次性使用火箭的发展.但航天飞机有其固有缺点,不能完全满足未来空间开发的需求.特别在“挑战者”号失事后,美国调整了其航天政策,重新起用和改进现有运载火箭,并着手研制下一代更大型的火箭.大型化和提高经济效益是今后运载火箭发展的重要趋势.一直到下一世纪,一次性使用运载火箭都将和航天飞机并行发展.运载火箭的另一发展动向是降低使用成本,这包括客货分开运输、采用烃类发动机和减少级数、增大火箭直径.     

考虑建模误差的某型火箭末级制导方法研究

运载火箭末级发动机点火后,在制导系统的导引下,火箭最终抵达入轨位置、取得入轨速度,卫星进入运行轨道。火箭末级飞行动力学模型为非线性微分方程形式,难以利用解析方法得到火箭姿态变化特性,进而控制火箭飞行过程中的状态变量。将火箭入轨约束条件转化为最优控制的性能指标函数,利用庞德里亚金极小值原理与牛顿梯度法相结合的方式来解决动力学方程求解问题,得到末级飞行标准轨道;火箭动力学建模过程中,由于参数难以精确计量等的影响,存在建模误差,导致火箭实际飞行轨道会偏离标准轨道。对模型进行线性化处理,引入状态反馈,可以使实际飞行轨道接近于标准轨道,提高卫星荷载入轨要求精度。仿真结果表明:该制导算法可较好地减小火箭载荷入轨误差。