百噸級大傢伙從天而降,速度9馬赫!國產復用火箭發射過程公開

2021-01-08 巔峰高地

繼2018年我國航天發射次數首摘全球冠軍之後,今年截止本月12日我們再次以大幅領先優勢摘得本年度航天發射次數冠軍頭銜,明年以天宮空間站、火星探測、嫦娥五號、北鬥系統等重點項目牽引的中國航天有望繼續蟬聯全球航天發射次數三連冠。

對比世界最強在總發射噸位數據上雖然仍有差距,但從一年四五次火箭發射的世界航天第二梯隊,到現如今無可爭議地成為世界航天第一梯隊的佼佼者,在不經意間我們已經改寫了世界航天史。

兩天前又一枚長徵三號乙運載火箭升空

連續三年航天爆發式發展背後是進入空間需求的日益激增,以及空間進入能力的增強。僅上個月我們就創造了一月連射7枚運載火箭的全新紀錄,本月7日兩枚快舟一號甲運載火箭在太原衛星發射中心同一工位短時間間隔連續發射更是驗證了太空戰實戰科目,這在世界航天史中也是第一次。

本月7日兩枚快舟一號甲6小時兩連發

隨著天地一體化進程加快人類很顯然已經進入到一個全新的航天時代,接下來除了具有重大科學工程價值的國字號航天項目需要實施,我們還將建設覆蓋全球的天基網際網路、天基物聯網等大規模應用型航天工程,太空飛行器發射數量將以千為單位計算,如此一來就面臨著要解決低成本進入宇宙空間的問題。

美國SpaceX公司獵鷹9號系列(包括重型獵鷹)是目前世界唯一成功實施入軌發射的部分重複使用型運載火箭,該系列火箭起飛級完成發射任務後在深度變推力發動機及柵格舵控制下返回陸地,進而實現回收復用,大幅度降低了火箭製造成本。

大規模星座組網將成為新常態

站在全球航天發射次數兩連冠功勞簿上中國航天並沒有絲毫懈怠,而是在更早時間以前就制定了科學系統的太空飛行器復用技術路線圖,按照路線圖規劃獵鷹9號類型的復用火箭只是我們宏偉藍圖中的其中一步。

近日,航天科技集團一院首次公開了長徵8R垂直起降復用火箭宣傳視頻,完整展現了該型火箭從點火升空到垂直降落的全過程。

長徵8R復用型運載火箭

長徵8R是一款兩級半運載火箭,起飛級有4臺YF-100K深度變推力版液氧煤油發動機,由兩枚助推器與芯一級構成,芯二級則由YF-75系列氫氧發動機提供動力,該型火箭將採用獨具創新特色的集束式助推器-芯一級整體回收方案。

長徵8R起飛級與芯二級分離

通常運載火箭助推器會在完成起飛級助推工作後分離,長徵8R則不同,助推器不分離,待芯一級與芯二級分離後,芯一級姿控發動機點火調整再入角度,爾後芯一級頂部四片柵格舵展開,進而控制回收段下降航線。

長徵8R火箭部分回收流程

與此同時4臺YF-100K變推力發動機適時點火反推減速,最終實現軟著陸,根據任務安排火箭回收段可以返回著陸場,也可以降落至遠端的下降航線區域,長徵8R安排有海上著陸場。

長徵8R可降落海上著陸場

重達百噸級的助推器-芯一級集束式回收段9馬赫速度從天而降,這種震撼場面也是截止目前絕無僅有的史詩級航天畫面。

百噸級回收段9馬赫速度從天而降

長徵8R從屬於長徵八號系列火箭,該系列火箭是航天科技集團長徵系列運載火箭的第一款面向商業航天市場研發的低成本液體火箭,它將填補我國太陽同步軌道3至4.5噸運力空白,年產量、年發射量將實現兩位數規模(十發以上)。

目前長徵八號火箭正處於產品生產總裝測試階段,按照計劃它將於明年實施首飛任務。上月下旬配型長徵八號芯二級火箭的YF-75系列氫氧發動機成功完成了高空模擬試驗,此次試驗主要目的是校驗大噴管和獲得發動機的性能數據,並達到交付要求。

長徵八號生產目標

根據任務規劃長徵8R垂直起降復用型運載火箭將於2021年左右實現入軌發射,屆時我國將成為世界第二個掌握運載火箭垂直起降復用技術的國家,之後復用技術將推廣至所有現役長徵系列液體動力火箭,進而實現我國航天的又一次跨越式發展。

事實上在火箭復用技術領域我們早已未雨綢繆,按照重複使用航天運載系統任務規劃,第一步以解決落區安全問題為切入點,推動現有運載火箭型號更新換代。比如,今年以來我們已經連續實施兩次柵格舵控制火箭殘骸下落區域精確控制任務,極大縮小了落區範圍,有效緩解了落區群眾疏散難題;

長徵四號乙火箭配置的柵格舵

第二步除了前文所述的長徵8R垂直復用火箭,我們還在推進兩級入軌、水平著陸為代表的完全重複使用航天運輸系統。要知道不論是SpaceX公司的獵鷹九號亦或者我們的長徵8R都無法實現二級火箭回收復用,而以航天科技集團火箭客機為代表的垂直起飛/水平著陸太空飛行器將實現完全重複使用;

天地往返可重複使用運輸系統

第三步則以組合動力、水平起飛、水平著陸目標為切入點研製新一代不依託發射場的兩級或單級入軌空天飛機,此類太空飛行器將具備更高效、更快捷地重複進入空間能力,航天科工集團的騰雲空天飛機工程就是此類型號代表。

從運載火箭技術長期居於世界第二梯隊,到如今挑戰世界最尖端火箭技術,為什麼我們可以有如此巨大的跨越?

騰雲空天飛機

主要仰仗兩大基石,科學的技術路線圖是基石之一,最核心的原因在於工業配套產業鏈已經有足夠技術實力實現工程目標。

比如,控制長徵四號乙運載火箭殘骸精確下落的大型柵格舵,我們在極短時間內通過雷射焊接工藝就完成了產品生產製造,包括難度極大的整流罩回收我們也早有安排,長徵系列火箭已經開展了整流罩姿態測量試驗。

國產雷射焊接成型柵格舵

制約下一代復用火箭技術發展的大推力液氧甲烷發動機我們更是早在6年前就已經實現點火試車,在軍民融合戰略背景下該技術又進一步向民營航天市場擴散。比如,民營藍箭航天公司為什麼可以在極短時間內完成80噸級天鵲液氧甲烷發動機的點火試車,甚至現在已經開始準備進行軌道飛行任務,技術轉移是不可忽視的原因之一。

連續三年實現航天發射次數三連冠的發展前景很能說明問題,需求與能力將決定中國航天能走多遠,現階段我國已經成為僅次於美國的航天市場,面向未來面向14億人口的市場需求,成為世界第一大航天市場也只是時間早晚問題,有了需求就必然刺激能力的成長。

藍箭航天液氧甲烷發動機試車

僅明年一年我們就將實施8至10款新型號火箭首飛,其中既有國家隊也有民營隊,日益活躍的航天市場也必將為我們帶來一個又一個新的驚喜,而這並不是世界上哪個國家可以隨隨便便就能複製的成功。

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