中國火箭距重復(fù)使用還有多遠？

中國長征火箭日前成功進行了一次技術(shù)試驗，距離火箭可重復(fù)使用前進了一步。

7月26日，在長征二號丙運載火箭的一次發(fā)射任務(wù)中，火箭的一子級落點實現(xiàn)了精確控制。這一技術(shù)突破不僅有助于保障落區(qū)居民安全，也是未來中國火箭可重復(fù)使用的諸多核心技術(shù)之一。

目前，全球只有美國獵鷹火箭實現(xiàn)了火箭重復(fù)使用。發(fā)展火箭重復(fù)使用技術(shù)，也是我國航天未來發(fā)展規(guī)劃之一。

新京報訊 7月26日11時57分，長征二號丙運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心起飛，以“一箭三星”的方式，將遙感三十號05組三顆衛(wèi)星送入太空。

遙感三十號05組衛(wèi)星采用多星組網(wǎng)模式，主要用于開展電磁環(huán)境探測及相關(guān)技術(shù)試驗。

自2017年9月29日首次挑戰(zhàn)“一箭三星”以來，長二丙火箭五戰(zhàn)五捷，成功發(fā)射了五組15顆遙感三十號衛(wèi)星。

此次任務(wù)不同的是，這次看似尋常的發(fā)射任務(wù)，承擔了一場不尋常的技術(shù)試驗：火箭一子級實現(xiàn)了精準回收。

這項技術(shù)將為我國火箭助推器及子級的可控回收、軟著陸、重復(fù)使用等技術(shù)奠定基礎(chǔ)，最終幫助中國火箭實現(xiàn)可回收和重復(fù)使用。

火箭重復(fù)使用是各航天大國爭相發(fā)展的一項航天技術(shù)。讓火箭的助推器、一子級等部件在發(fā)射后安全返回，經(jīng)過整修后重復(fù)利用。這樣可以大大減少火箭發(fā)射成本，為未來高頻率火箭發(fā)射乃至降低太空旅游成本打下基礎(chǔ)。

讓火箭“倒著飛”

發(fā)射當天13時40分，長征二號丙火箭一子級殘骸在貴州黔南布依族苗族自治州被找到。一子級的落點正位于研究人員事先設(shè)定的落區(qū)范圍內(nèi)，這意味著，我國運載火箭首次“柵格舵分離體落區(qū)安全控制技術(shù)”試驗取得成功。

火箭上升時，位于一子級外側(cè)壁的幾片柵格舵緊貼箭體，以避免對發(fā)射造成影響。一子級分離后，重新返回大氣層，柵格舵完成了“解鎖-展開-按控制指令轉(zhuǎn)動”等一系列復(fù)雜動作，并承受了上千度高溫、近10倍自重的沖擊力。

小小的柵格舵，展開后如小翅膀，保持著箭體姿態(tài)穩(wěn)定，幫助一子級精準回歸地面。

“其他火箭設(shè)計師都是解決火箭如何‘正著飛’進入軌道，我們卻逆向思維，探究‘倒著飛’的問題。”研發(fā)團隊設(shè)計師形象地說。

可解決內(nèi)陸火箭殘骸落區(qū)安全問題

我國運載火箭高強密度發(fā)射已經(jīng)成為常態(tài)，尤其是2018年，發(fā)射次數(shù)達到38次，位列世界第一。隨之而來的火箭殘骸落區(qū)安全問題，越來越受關(guān)注。

由于人口數(shù)量的增長，上世紀六七十年代建立的內(nèi)陸火箭發(fā)射場周邊的火箭殘骸落區(qū)，不再是絕對的無人區(qū)。盡管在設(shè)計火箭的飛行軌跡時，寧可犧牲運載能力也要盡量避開村鎮(zhèn)，但由于火箭殘骸在完成任務(wù)后是無控墜落，落點散布范圍較大，有時可能墜落在有人居住的區(qū)域。

為了保障人員安全，當前的做法是，在每次發(fā)射任務(wù)之前，將落區(qū)內(nèi)居民疏散到安全地帶。這不僅給當?shù)鼐用駧聿槐?，也增加了火箭發(fā)射的經(jīng)濟成本和工作難度。

長二丙火箭由中國航天科技集團有限公司一院抓總研制。據(jù)一院第一設(shè)計部主任助理何巍介紹，為了減少火箭發(fā)射給落區(qū)居民帶來的不便，長征火箭研制人員一直在進行分離體落區(qū)安全控制技術(shù)的研究。此次長征二號丙運載火箭一子級的落點控制，采用的柵格舵控制，對于解決我國內(nèi)陸發(fā)射場落區(qū)安全性問題具有重大意義。

柵格舵技術(shù)在成熟長征火箭上成功驗證

據(jù)何巍介紹，針對分離體落區(qū)安全控制，研制人員提出了基于翼傘和基于柵格舵兩種技術(shù)方案。

本次試驗采用柵格舵控制殘骸落點，是我國首次嘗試。

此前，我國發(fā)射神舟載人飛船的長征二號F火箭上也安裝過柵格翼，以保證逃逸飛行器的穩(wěn)定性。長征二號丙火箭副總設(shè)計師崔照云介紹，長二F柵格翼展開后是固定不動的，近幾年，國外火箭上才開始通過可擺動的柵格舵來控制箭體的方向和姿態(tài)。

崔照云表示，此次長征火箭第一次嘗試，就選擇了在大中型成熟運載火箭最大的一子級上安裝柵格舵，要保證對火箭發(fā)射不能造成任何影響。而且，在一子級返回地面過程中，柵格舵要經(jīng)受上千度高溫、近10倍自重的沖擊力，對當前研發(fā)制造技術(shù)是巨大挑戰(zhàn)。

火箭專家、長三甲系列火箭首任總指揮兼總設(shè)計師龍樂豪曾在《重復(fù)使用航天運輸系統(tǒng)發(fā)展與展望》中介紹，目前柵格舵回收多項關(guān)鍵技術(shù)成熟度已達到較高水平。柵格舵系統(tǒng)作為高集成度的獨立系統(tǒng)，成本低、適應(yīng)性強、對箭體改動量少，可推廣用于火箭一子級(或芯級)殘骸落區(qū)控制。

■ 焦點

中國成第二個掌握柵格舵技術(shù)的國家

記者從一院一部獲悉，此次試驗的成功，為我國火箭助推器及子級的可控回收、軟著陸、重復(fù)使用等技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

柵格舵是目前國際通用的火箭回收技術(shù)。全球唯一實現(xiàn)重復(fù)使用的美國獵鷹9號火箭，使用的就是柵格舵技術(shù)。

2015年12月，在獵鷹9號火箭第20次發(fā)射任務(wù)中，一子級首次成功著陸。一子級重返大氣后，進行減速，調(diào)整箭體姿態(tài)。接近地面時，火箭一子級頂部四個柵格翼展開，對箭體姿態(tài)進行穩(wěn)定。主發(fā)動機再次點火，火箭進一步減速，一子級逐漸接近地面著陸場，實施軟著陸。

據(jù)一部介紹，此次利用柵格舵技術(shù)實現(xiàn)長征二號丙一子級精準著陸，讓我國成為繼美國之后第二個掌握此項技術(shù)的國家。

但這與火箭重復(fù)使用尚有距離。實現(xiàn)重復(fù)使用，火箭不僅要“落得準”，還要“落得穩(wěn)”。

龍樂豪曾表示，中國重復(fù)使用運載器應(yīng)按照部分重復(fù)使用到完全重復(fù)使用的發(fā)展思路。未來新型運載火箭，從立項研制開始就要開展垂直起降關(guān)鍵技術(shù)研究。

實施方案上，龍樂豪指出，火箭將采用芯級與助推捆綁整體垂直降落回收方式：兩個助推器與一子級捆綁后作為一個整體進行垂直著陸、重復(fù)使用。火箭一、二級分離后，采用整體垂直降落的返回方式，實現(xiàn)減速和著陸，可根據(jù)不同任務(wù)需求返回原發(fā)射場或其他發(fā)射場。

“發(fā)展重復(fù)使用航天運輸系統(tǒng)，能夠支撐未來大規(guī)模開發(fā)和利用空間，形成廉價的天地往返運輸工具，推動空間應(yīng)用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展?！饼垬泛勒f。

新京報記者 倪偉 通訊員 扈佳林