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中国可回收火箭进入攻关阶段 将采用降落伞气囊方式回收

时间:2016年03月23日 信息来源:澎湃新闻网(上海) 点击: 【字体:

“不用担心,中国运载火箭技术研究院研发中心一直在做可回收火箭的研发,我们只是说得少而已。”针对公众对中国在可回收火箭领域“落伍”的担忧,中国运载火箭技术研究院研发中心可回收火箭团队负责人申麟告诉澎湃新闻。

2015年11月和12月,两则有关美国企业家成功发射可回收火箭的消息,引发了公众对可回收火箭的关注。

中国可回收火箭模型试验

可回收不等于成本降低

2015年11月24日,亚马逊创始人杰夫•贝索斯(Jeff Bezos)旗下太空公司蓝色起源(Blue Origin),将New Shepard太空火箭发射到计划高度,随后火箭成功地返回发射场。

美国当地时间12月21日晚间,特斯拉创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)旗下公司美国太空探索技术公司(Space X),发射了Falcon 9火箭(猎鹰9号)并成功将第一级火箭回收,这是人类第一个在实现有效载荷入轨后可实现一级火箭回收的运载火箭。

2015年11月下旬,中国运载火箭技术研究院研发中心成功完成了运载火箭子级回收群伞空投试验,该试验正是在申麟的负责下完成的。

公众的注意力都集中到了大洋彼岸。“猎鹰9号”成功实现第一级火箭回收的消息一经传出,舆论便惊呼:“廉价太空时代已经到来!”

对此,申麟并不是很乐观。“第一,‘猎鹰9号’是一次性使用运载火箭,它的零部件,包括发动机等并非按照重复使用来设计的。可回收火箭的设计,要从源头上就用可重复使用的标准来设计;第二,‘猎鹰9号’返回后,它的结构、发动机需要检测、维护,部分零部件可能需要更换。重复使用会带来火箭回收、维护成本,与一次性使用相比,‘猎鹰9号’重复使用是否能降低成本,尚未可知;第三,测算过‘猎鹰9号’发射、回收过程后发现,在不同的任务轨道和返回地点情况下,它的运载能力损失在30%以上。Space X海上发射、回收那次,那么大规模的火箭只搭载500多千克的一颗小卫星。”申麟分析道。

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“勇气可嘉”的SPACE X公司想的很好……

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可目前为止大部分垂直降落的尝试结果都是……

2015年10月,在以色列耶路撒冷召开的第66届国际宇航大会(IAC)上,申麟问了Space X公司一位负责发射业务的副总裁一个问题,“Space X公司成功回收火箭后,要花多大的成本来实现重复使用?”彼时,距离Space X公司成功实现“猎鹰9号”可回收发射,还有近2个月时间。对方给了申麟一个模糊的答案,“Space X公司会在可靠性、安全性、成本、技术难度、运载能力等方面进行平衡,综合考虑。”

“按照目前的状态来看,Space X公司的可回收火箭发射计划还面临多重困难,发动机需要重新设计,箭体的监测、维修标准的制定,伺服系统的维护代价等。此外,重复使用的次数也需要进行考虑,重复使用一次,还是十次?”申麟补充道,“如果仅仅是在一次性火箭的基础上进行改进的话,那么问题很大,成本会很高。”

中国可回收火箭进入关键技术攻关阶段

“并非成功实现火箭可回收就意味着成本的降低。不过,Space X公司的创新精神,以及它从技术、管理两方面综合考虑降低成本的思路,值得我们学习。”申麟强调。

不过,中国运载火箭技术研究院研发中心一直在预先研究、创新发展方面低调布局,研发可回收火箭,只是由申麟领衔的研发团队工作的一部分,此外,该研发团队还进行新概念运载火箭、新概念飞行器的研究。“可回收火箭研究,对于我们团队而言,只是一个相对比较容易实现的方向。”申麟说。

中国运载火箭技术研究院研发中心的可回收火箭项目始于2011年,和Space X公司提出的可回收火箭研发计划几乎是同一时间。中国运载火箭技术研究院研发中心在开展可回收火箭项目研发之初,便调研了国内外在可回收火箭方面的一些国外相关公司的研发状况。分析国内外研究方案,火箭的回收方式一般有三种:降落伞式、垂直降落式以及给火箭安装“翅膀”的方式。

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俄罗斯早期计划研制“安加拉河”火箭时采用第一级火箭可自动返航的设计,该火箭助推器头部装有小型喷气发动机,可以自己飞回基地

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然而最终进入实际研制的“安家拉河”火箭并未采用这样的设计,原因是成本反而会更高

中国运载火箭技术研究院研发中心目前采用“两条腿走路”的方式,采用降落伞+气囊和垂直降落两种方式进行研发。

“就目前来看,我们在‘降落伞+气囊’方式上的进展会快一些,去年完成的热气球投放试验只是一个缩比试验,但验证了我们使用大型群伞的技术能力。总体而言,我们的可回收火箭研究还处于关键技术攻关阶段。”申麟告诉澎湃新闻。

对于垂直返回的方案,中国运载火箭技术研究院研发中心完成了系统的方案论证,并且完成了相应的仿真研究。

“十三五”期间,申麟希望带领团队以现有的研究成果为基础,结合正在论证的采用液氧甲烷做推进剂运载火箭,为真正实现能够大幅降低成本的可回收火箭的研发打下一个良好的基础。

以下为澎湃新闻对申麟的采访实录

澎湃新闻:在你看来,要实现对一次性火箭的回收、重新使用,需要突破哪些技术难点?

申麟:以Space X公司的“猎鹰9号”为例,它主要涉及四个方面的关键技术。一是在垂直返回过程中,对火箭姿态的高精度控制技术;第二,主发动机的多次启动技术和大范围变推力技术;第三,要设计出能够兼顾自身总量和载荷能力的着陆支架;第四,在再入过程中,系统要能够对推进剂进行灵活的管理。

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美国发射联盟公司(美国运载火箭“国家队”)计划在下一代火箭上采用可回收发动机技术,在火箭发动机前端安装防热护罩,再入大气层后展开降落伞,为了避免坠落地面时受冲击受损,还采用直升机空中回收方式,应该说这是目前为止付出代价最小,最可行的可回收火箭方案,中国目前考虑的回收方案可能与此相似

澎湃新闻:你如何评价目前的中国火箭发射技术?

申麟:事实上,中国的运载火箭成本算是相对比较低的,有人称Space X公司的火箭成本比中国低,我认为顶多是相当。整体而言,中国的运载火箭,从成本、可靠性上讲,在全球都很有竞争力。制约中国运载火箭进入商业发展市场的主要问题是政治问题,美国政府一直通过“国际武器交易规则”,禁止美国制造或含有美国部件的卫星用中国火箭发射。全球范围内,要找一个没有美国零部件的卫星是一件困难的事情,这就意味着几乎中国以外的卫星都不让中国发射了。美国国会还出台了一部法律,禁止NASA(美国国家航空航天局)和中国航天工业人员接触,以至于我们去美国开会,我们无法进入任何NASA的建筑物,NASA的人要找我们开会,还得先找一个酒店的会议室。不过,合作是未来的大趋势。

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中国新一代长征7号运载火箭与美国SPACE X公司的“猎鹰九号”成本基本类似,不过SPACE X声称通过可回收技术将可把单次发射成本降低到2500万美元,几乎只有现在成本的三或四分之一,不过从现实情况来看,要实现这个目标还有很远的距离

澎湃新闻:Space X公司成功实现对“猎鹰9号”的回收,此举在全球航天领域意味着什么?

申麟:从技术角度来讲,我们确实也很佩服Space X公司,它勇于做火箭可回收方面的探索。此前,欧洲的阿丽亚娜火箭计划、美国的波音公司等都对可回收火箭技术不太感兴趣,说白了,之前的航天研究处于垄断的状态。Space X公司对于打破航天研究领域的垄断,促使老牌航天研究机构进行更多创新方面上,有非常大的推动作用,对我们也很有触动。

澎湃新闻:如果可回收火箭能够得到大规模使用,会给中国的航天研究领域带来什么改变?

申麟:可回收火箭能够降低相关机构进入空间的门槛。一旦真正大幅度降低发射成本的可回收火箭研制成功,那么人类进入空间就会像坐飞机一样变得简单。由此,潜藏在大学、科研机构的很多创新想法和理念,就有变成现实的可能。之前,囿于成本,大学、科研机构要发射一颗卫星是非常困难的。此外,一些民营企业也会登上空间探索的舞台,将更多的创新理念和思路注入空间探索领域。


(作者:佚名)
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