我国重复使用运载火箭试验成功,是什么支撑火箭“起降安妥”?
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6月23日,中央广播电视总台《新闻联播》播发报道《我国完成重复使用运载火箭最大规模垂直起降飞行试验》。新闻提到,我国重复使用运载火箭首次10公里级垂直起降飞行试验任务取得圆满成功。
此次试验任务的成功为我国在可重复使用火箭领域收集了宝贵的试验数据,积累了初始经验,也为我国2025年如期实现4米级重复使用运载火箭首飞奠定了技术基础。
航空工业凌峰为此次试飞任务配套研制了回收着陆缓冲系统,该系统首次实现了在空中“飞行锁定、空中展开、触地吸能”技术验证,填补了国内技术空白。
试验现场
航天“蓝海”:重复使用运载火箭
在人类开启航天事业之后相当长的一段时间内,火箭只能一次性使用似乎已经成为了无需置疑的常识。但事实上,全球各国的航天工作者都一直在思考和探索火箭的有效回收利用方法。
此前,一些人曾提出“降落伞+水上溅落回收”,但这一方案既不能保证回收过程的可控和可靠,也不能保证火箭回收后在结构设备上的完整性,后续的检查维修和整备异常麻烦。此外,对于大型火箭来说,其巨大的自重和返回速度对回收降落伞系统更是提出了苛刻的要求,让回收系统的重量和尺寸大到让火箭的回收工作毫无经济意义。
但让火箭能够在自主控制下无损返回地面,依然是火箭设计者的真正梦想。而近十年来,基于全球工业能力的大幅进步,人类开始真正具备实现这一梦想的能力基础,也因此,重复使用运载火箭(也称可回收式运载火箭)的研发和制造成为了航天新兴领域。
对比传统一次性使用火箭,重复使用运载火箭需要在结构轻质化技术、控制制导技术、一体化综合电子技术、回收着陆缓冲技术等多个领域实现突破。
其中,回收着陆缓冲系统必须精确完成“飞行锁定、空中展开、触地吸能”等一系列动作,并且只对火箭本体造成最低的性能损失,才能真正让火箭形成有实际价值的回收能力。
航空创新力量支持航天技术突破
近年来,我国重复使用运载火箭的各个关键系统陆续实现突破。在6月23日的试验中,航空工业凌峰所研发的回收着陆缓冲系统,是我国国内首次开展研制的项目。该项目涉及多项专业技术,此前无相关借鉴资料。
航空工业凌峰是中国航空工业集团所属成员单位,是我国研制和生产航空机载液压产品的专业化企业。公司主要生产调整控制飞机飞行姿态的关键功率部件和飞机地面运动综合控制类产品,是国家高新技术企业、四川省创新型企业试点单位。
此次重复使用运载火箭系统中,航空工业凌峰在主机单位航天八院的牵引下,通力合作,充分进行技术整合和设计论证,统筹安排项目进度和资源,在有限的时间里确保了项目的按期交付。
回收着陆缓冲系统是火箭软着陆的关键,技术要求是“锁得住、展得开、落得稳”——“锁得住”是指在飞行过程中,系统能够稳定保持在收上锁定状态,保持火箭的气动外形;“展得开”是指在即将落地前,系统接到展开命令后能够可靠展开支柱,并维持展开状态;“落得稳”是指落地时,系统能够稳定承受火箭落地时的冲击载荷。
航空工业凌峰董事长郭智带领火箭发射试验现场保障团队在甘肃酒泉试验现场。
航空工业凌峰团队这样介绍该系统研发制造的重点和难点:
“在研发设计过程中,我们需要充分考虑大载荷承载、缓冲能力,高低温环境适应能力和复杂着陆面保持稳定的能力。首先,在技术层面要应对复杂的力学问题,确保系统在着陆瞬间能够承受巨大的冲击,并均衡有效地分散和吸收能量。其次,材料的选择至关重要,金属材料要具有强度高、韧性好、抗冲击能力强的特性,密封材料能够在高低温温度冲击的条件下保证密封性。最后,在制造层面,系统的支柱部分是航空工业凌峰首次承担的大型多级带锁缓冲装置,加工过程中大尺寸、薄壁件的加工及热表处理以及机构最终装调测试等对我们来说都是挑战。”
从2020年项目启动到此次试验成功,航空工业凌峰型号主管颜若飞这样表示亲身体验试验成功的感受:
“在现场亲眼看到火箭发射和回收全程,虽然只是短短几分钟,对于我来说似乎是人生中最漫长和激动的时刻,漫长到忘却呼吸、激动到全身颤抖。当看到火箭平稳着陆的那一刻,所有的艰辛与付出都化作了无比的自豪和喜悦的呐喊。”
未来,继续探秘航天“蓝海”
根据我国航天事业相关规划,未来我国还将开展重复使用运载火箭70公里级垂直起降试验,基本覆盖火箭一子级飞行剖面,使一子级得以重复利用,进一步提升火箭运载效率,降低人类进出太空的经济成本。
中国航空工业集团相关团队表示,作为配套系统重要承担团队,我们未来的工作重点主要包括:从技术标准、工作流程、质量管控等方面加强与主机沟通交流,按照航天标准进一步提升产品质量管控力度;汲取此次飞行试验的经验,通过冗余设计和故障预案等方式提升项目的可靠性和安全性;开展充分的地面验证和模拟试验,充分掌握产品的性能和可能面临的技术问题。
在重复使用运载火箭的“蓝海”中,航空人将以核心科技能力,支持我国空天项目创新远航,在全球航天“蓝海”中构筑中国力量。
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