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中国或已开始火箭回收技术的预研工作

2015-12-25 13:06   浏览:1567 次
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12月22日,美国SpaceX公司成功进行猎鹰9号一级火箭的垂直软着陆回收试验,创造了新的航天历史。可重复使用的火箭是未来航天发展的趋势,在商业和军事上都有巨大的价值。

如果能成功回收并再次利用一级火箭,可以节约成本的80%,而如果能重复利用二级火箭则能节约98%,因为燃料的成本基本上可以忽略不计。资料显示,火箭的硬件占全部飞行成本绝大部分,推进剂成本只占全部飞行成本不到0.4%(不同燃料所占比例不同)。SpaceX曾表示,5000多万美元的发射报价中,燃料成本只有大约20万美元。即使使用的是相对昂贵的偏二甲肼/四氧化二氮的长征-2F运载火箭,一次发射的燃料成本也只有约1728万元,而这在整个制造火箭的成本中所占比重非常小。

专家认为,由于回收火箭的巨大好处,除了美国之外,欧洲、日本甚至印度都在对相关技术进行预研。对于中国是否有这方面的计划与预研,这名专家表示“不方便透露”,但他强调,中国一直在关注全球航天领域技术发展的最新趋势。

2013年的两会上,全国政协委员、航天一院党委书记梁小虹就曾透露,我国相关部门正在抓紧论证和规划火箭重复使用,“计划未来一段时间内能拿出方案”。中国航天科技集团公司相关单位已经组织力量对火箭可重复使用技术进行专门研究,在两级入轨系统、助推器选择、重复使用、安全回收等方面都有所考虑。“目前,我国已经在某些单项技术上取得一些可喜成果,尤其是在火箭推进系统和回收技术方面,已经在地面上通过一些试验并得到验证。”目前我国火箭可重复使用技术仍然处于探索阶段,尚未实现工程应用。倘若国家高度重视,在3-5年内可实现工程应用。同时,我国的火箭可重复使用技术研究或将建立在垂直升降技术基础上。据梁小虹介绍:“可重复使用火箭先是助推器,然后是一、二子级实现重复使用,之后是整个火箭实现可重复使用。”

专家表示,总体上看,世界各国在重复使用运载火箭方面的研制仍处于起步阶段,这对于中国航天来说无疑是一个机遇,同时也是一个不小的挑战。从垂直回收技术上来看,在回收过程中要通过火箭发动机在推力和方向上的不断调节和调整来进行精确控制。这就需要运载火箭的推力有大范围的推力调节能力,这对燃烧、涡轮泵、阀门等各组件要求很高。还需要解决大长径比的发动机垂直降落的姿态控制、支撑结构设计等一系列难题。更重要的是,回收系统不仅要能够实现基本功能,还要达到相当高的可靠性。另外,其重量、体积必须最小化。否则,它对于火箭来说是一个巨大的“累赘”。SpaceX公司CEO马斯克曾透露:“与传统一次性运载火箭相比,完全可重复使用火箭搭载的有效载荷要少40%。”

可靠的回收只是火箭重复使用的第一步。火箭的重复使用对于发动机核心部件的性能和寿命提出了更高要求。目前火箭发动机的设计寿命、试车时间都是以秒为单位计算。对于一次性使用的火箭来说,保证材料和相关设计在短时间能顶得住是一个问题,而确保长寿命使用又是另外一个问题。美国航天飞机的主发动机的燃烧室压强高达207个大气压,燃烧室的工作温度约为3300度(目前最先进的涡扇发动机涡轮前温度不到1700度),其一个小小的涡轮泵的功率就是目前最先进主战坦克发动机功率的数十倍。让这样的发动机顺利工作一次就已经非常困难,而要重复使用多次,那么对材料和工艺的要求将上一个巨大的台阶。

一名不愿透露姓名的中国军事专家表示,重复使用的火箭对基础工业和材料工业的要求将达到一个空前高度,而这正是中国航天业的薄弱点。

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