运载火箭与推进系统

本文通过对国外航天形势的分析后明确指出,航天事业已发展到了以商业服务和开发利用空间资源为主要目标的时代。为适应形势发展需要,世界各航天大国,在已有运载火箭的基础上,正以降低发射成本为主攻方向,积极开展可重复使用运载火箭(RLV)的研制,并已取得了初步进展。推进系统也相应的展开研究工作,以适应运载火箭的需求。中国的对策是,提高现有火箭运载能力并使其无毒化,继而研制可重复使用运载火箭。     

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。     

美国先进可重复使用运载器的技术进展

目前，世界上各种航天器基 本上都由一次性使用的运载火箭来发射，只有美国航天飞机可以实现部分重复使用。由于一次性运载火箭使用成本高昂，所以迄今只有那些有足够资金支持的厂家、政府部门和军事机构有能力进行卫星发射。如何降低发射费用已成为整个航天工业界面临的主要挑战之一。 从长远来看，航天运载器实现可重复使用是降低航天运输成本、提高运载能力和发射频度的必由之路。基于这种考虑，各航天大国很早就开展了可复用运载器的研究论证工作，陆续实施了多项技术计划和研制计划，其中尤以美国最为活跃。美国政府不仅研制出了世界上…     

以RD——0120发动机为基础的可重复使用火箭动力装置

美国和俄罗斯在国际上首先开展了低成本运载有效载荷到轨道的研究工作。政府和火箭承包商正在论证和研究未来低成本运载火箭的关键特性,低成本运载火箭的两个关键特性是火箭的可重复使用性和火箭发动机的可操作性。由化学自动化设计局设计生产的 RD—0120 LOX/LH_2发动机已经分析验证了的高性能和先进的可重复使用性,使它成为可重复使用运载火箭(RLV)动力装置的关键候选对象之一。这个高室压(21.86MPa)、高性能(真空比冲4466.9m/s,真空推力1961.67kN)的分级燃烧发动机已经在能源号重型运载火箭上成功地完成了两次飞行。研制期间,发动机的长寿命、推力范围、节流和连续工作时问等特性都经过了验证。这些都是低成本、高可靠、可重复使用推进系统的要求。双组元的 RD—0120发动机通过更换富燃预燃室和增加一个煤油涡轮泵也可以很容易的改造为一个可靠的低成本三组元发动机。为了验证这个双组元发动机高的可操作性和可重复使用性,一个由航空喷气公司、化学自动化设计局和 NASA 马歇尔空间飞行中心合资生产,用于可重复使用运载火箭和单级入轨火箭动力装置的国际计划及三组元发动机可能的关键特性设计正在进行。本文对现在的 RD—0120发动机可操作性和重复使用性的改进进行了阐述。而且对如何更进一步地改进,使 RD—0120发动机成为可重复使用运载火箭推进系统的理想候选对象进行了研究。另外,已经草拟了研制三组元的 RD—0120发动机的研制计划,主要是一个高置信度的飞行演示火箭。     

可重复使用运载火箭着陆支腿总体布局与关键参数优化

通过对着陆支腿数量和构型进行对比仿真分析,提出了可重复使用运载火箭着陆支腿的总体布局方案,同时建立了着陆支腿参数化仿真模型,将着陆支腿的关键几何参数作为决策变量,基于多体动力学仿真软件开展着陆稳定性仿真分析,以提高着陆稳定性、降低运载火箭返回级受到的着陆过载系数及支腿轻量化为优化目标,对着陆支腿关键几何参数进行优化和确定。仿真结果表明,优化结果能够满足工程使用需要,可以为可重复使用运载火箭着陆支腿总体方案设计提供参考。     

洛马公司开始可重复使用火箭发动机试验

据美国航空周刊网站2012年4月17日报道,洛马公司已开始进行美国空军重复使用助推器系统（RBs）验证器火箭发动机热点火试验。较小尺寸的RBS样机是在美国空军研究实验室（AFRL）的RBS飞行和地面试验（RBS-FGE）计划中研制的。AFRL将在此样机的基础上研制更大型的验证器,最终在2025年前为改进一次性运载火箭系列提供全尺寸的重复使用助推器。RBS包括垂直发射重复使用的第一级和一次性使用的第二级,与传统的德尔他-4和宇宙神-5火箭相比,其发射成本可降低50％以上。     

载人航天飞行历史回顾连载（十二）

1972年1月5日美国总统尼克松批准研制一种可重复使用的空间运输系统（STS），即航天飞机，NASA从此正式开始实施航天飞机计划。这是一种通过可重复使用的运载火箭发射入轨，像飞机那样返回地面，稍加整修即可再次使用的载人航天器。     

航天飞机发展轨迹

1969年4月，美国提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划，航天飞机计划初见端倪。     

国外可重复使用载人飞船发展现状与关键技术研究

载人航天未来的发展面临着能力和效益的挑战,发展可重复使用载人飞船技术是降低载人航天任务成本的重要手段之一。文章对可重复使用载人飞船概念进行了探讨,给出了系统级可重复使用和部件级可重复使用载人飞船的含义。研究了全生命任务周期中载人飞船成本与可重复使用次数的关系,结果表明:可重复使用载人飞船在经济性上较一次性使用载人飞船有明显优势,且可重复使用次数达到10次以上时,能够使成本趋近于最低。对国外可重复使用载人飞船发展现状和主要技术指标进行了分析,并对发展可重复使用载人飞船所须攻关的关键技术进行了梳理。以上研究内容可为我国发展可重复使用载人飞船技术提供参考。     

俄新型可复用载人飞船『快船』

由于航天飞机存在安全性差和成本太高等缺点，美国正在发展新一代的飞船式载人航天器“机组探测飞行器”（CEV）。与此同时，俄罗斯也在发展自己新的载人航天运输工具，准备用于取代已服役多年的联盟号系列飞船。这种新型飞船称为“快船”，将成为世界上第一种可重复使用的飞船，     

未来的大型运载工具

概括介绍现有运载工具的技术发展水平和运载能力,对未来发展趋势作了展望,叙述了几种用于完成下一世纪飞行任务的运载工具可行方案.对一次性使用和可重复使用的运载工具的运输成本比进行计算,并绘出在低轨道飞行任务中运输成本比与累积有效载荷质量的关系曲线.大推力运载工具(HLLV)可以以约500美元/公斤的平均成本承担总共10万吨的空间发射任务.结论是,未来肯定将需要和研制出在低轨道载送乘客的第二代航天飞机和多用途的大型空间运输机.     

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。     

印度研制可重复使用运载火箭

2007年1月11日，据印度媒体称，印度可重复使用运载火箭（RLV）计划正在快速实施，概念设计及辅助动力系统工作已开始，半低温发动机的研究也在进行中。RLV第一级设计为带翼体，飞行高度为100km。首次技术验证飞行预计在2008—2009年进行。     

日本重视可重复使用飞行器技术

日本重视可重复使用飞行器技术在Ｈ－２一次性使用运载火箭首次发射取得成功６个月之后，日本的航天机构──宇宙开发事业团称它将重视未来航天飞行器的重复使用性能。宇宙开发事业团已批准了三菱公司研究所的一项研究结果。这项研究得出的结论是采用可复用航天飞行器方案...     

运载火箭尾段防热/承载一体化热防护系统设计及性能分析

先进热防护技术是可重复使用运载火箭研制的关键技术之一,具有高结构效率的防热/承载一体化热防护系统是运载火箭极具潜力的备选热防护方案。本文系统地总结了可重复使用运载火箭尾舱段防热和承载两方面的设计要求,设计了一种全复合材料防隔热/承载一体化热防护系统。开展了运载火箭尾段一体化热防护系统设计,进行了代表性单胞结构的高温环境地面试验,揭示了复合材料一体化热防护系统的防隔热机理。同时施加力学和热流载荷,利用有限元方法对运载火箭尾段进行了热力耦合分析,获得了尾段结构的温度场、应变场和应力场。结果表明:在典型载荷工况下一体化热防护系统内壁温度保持在89.2℃以下,内部最大应力不超过9.53 MPa,安全系数达到1.89。     

国外新型一次性动载火箭技术的进展与发展趋势（下）

二、一次性运载火箭的发展趋势尽管实现可重复使用是航天运载器技术发展的目标，以美国为首的一些航天发达国家也在通过一系列计划推动这一目标的早日实现，但由于可重复使用运载器技术难度大，牵涉的关键技术多，所以近期还无法取代一次性运载火箭。在今后相当长的一段时间内，各国仍会继续重视发展和改进一次性运载火箭，并以其为主执行各类航天发射任务。与此同时，各种型号的一次性运载火箭将在提高运载能力和可靠性的同时，着力降低发射成本。（一）航天发达国家的主流一次性运载火箭仍在纷纷更新换代，大直径、少级数和大运载能力是主…     

垂直起降可重复使用运载器发展现状与关键技术分析

重复使用运载技术是降低单次发射成本、提高发射密度和减少残骸危害的有效手段,随着以Falcon 9系列为代表的垂直起降运载器的成功回收与重复使用,其在商业航天发射市场表现出了较强的竞争力,掀起了可重复使用运载器的研究新热潮。首先梳理了垂直起降可重复使用运载器的发展现状,然后结合垂直起降运载的任务特征分析了其关键技术,最后总结了垂直起降运载器的发展趋势。     

"猎鹰"1首次发射以失败告终

3月24日，在历经数月推迟后，美国空间探索技术公司的“猎鹰”1新型运载火箭在太平洋马绍尔群岛夸贾林环礁的罗纳德,里根弹道导弹防御试验场进行了令人瞩目的首次发射。之所以受人关注，是因为这种部分可重复使用的火箭是世界上第一种由私人出资研制的液体火箭，也是十多年来第一种全新的航天运载火箭，有可能标志着低成本航天飞行时代的来临。遗憾的是，火箭起飞后不到1分钟便发生了故障，当时第一级发动机还在工作中。     

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。     

航天器可重复使用热防护技术研究进展与应用

新一代可重复使用飞行器对热防护系统提出了更高的要求,对于发展高超声速技术而言,可重复使用热防护系统设计至关重要,同时也面临着最困难的技术挑战。文章总结了可重复使用热防护系统可用的新型防热机制,综述了可重复使用航天器所采用的热防护系统的发展状态及典型飞行器应用现状,并阐述了新一代可重复使用热防护技术在设计与分析方法、验证与评价手段以及新型热防护材料等几个方面所面临的挑战。文章有助于更好的理解未来的高超声速飞行器发展中可重复使用热防护技术的发展方向。