我国民营火箭首次低空回收试验成功

2019-04-08 来源:科技日报 发布:高端装备产业研究中心

  我国商业火箭公司翎客航天4月2日宣称,其研制的RLV-T5可回收火箭,于3月27日完成首次低空飞行回收试验。

 

  据介绍,在位于山东龙口的试验场里,该火箭在六级大风中飞行至20米高,悬停近10秒,之后垂直下降,落在着陆场中心。

 

  说起火箭垂直回收,一定有很多人第一时间想到美国SpaceX公司的猎鹰九号。当然,猎鹰九号的成功并非一蹴而就。从2012年9月开始,SpaceX公司多次发射“蚱蜢火箭”开展试验,最初飞行高度仅2米,一年后则达到744米,对猎鹰九号回收技术进行了验证。

 

  与“蚱蜢”相比,“RLV-T5”的技术含量如何?翎客航天技术总监楚龙飞向科技日报记者表示,目前的RLV-T5火箭与蚱蜢火箭还差得很远。“至少从吨位上说,蚱蜢火箭达到几十吨量级,我们才1.5吨,仅有它的几十分之一。”他说。

 

  但RLV-T5火箭有自己的特点,例如其核心控制算法具备一定创新性。楚龙飞说,火箭在回收过程中,每秒要消耗几十公斤推进剂,质量在随时变化,要想保持稳定,发动机的矢量推力、喷口摆动都需要高频运算,大约每秒要运算200次。神经网络控制技术理念过去大多用于写论文、做研究,很少用于工程,而翎客航天将其用在了火箭上。经过多次飞行试验表明,该技术与其他火箭普遍采用的PID控制相比,在控制效果、抗干扰能力、参数调节设计、故障应对等方面均有优势。

 

  如果说发动机等硬件更新迭代需要重新研制,控制算法软件则有更强适应性。“经过前期仿真、测试后,我们已经把这种算法打包成模块,将来通过不断调整优化,将在后续型号上传承。”楚龙飞说。

 

  RLV-T5火箭的未来使命,是开展公里级的回收技术验证。楚龙飞表示,从数十米到1公里,技术跨越并不大,因为火箭是先自由下落,接近地面再点火反推减速;但距离真正的运载火箭一子级回收,却隔着多个技术坎。他说,运载火箭的一子级不会入轨,回收难度与亚轨道火箭相当,但其高度达到数十公里,速度也有4倍音速左右,远远超出公里级回收试验范围,由此带来的许多技术尚待攻克或验证。

 

  例如火箭一级在自由下落阶段,虽然发动机没有点火,但需要借助其顶部的栅格舵实施气动减速和调姿,这项技术要在高空高速条件下试验。又如发动机下落时一直保持喷管向下的姿态,空气不断灌入喷管,要保证发动机能按指令启动,需要攻克高空超声速点火相关技术。

 

  虽然前路漫漫,翎客航天通过此前的试验也取得了一定的技术储备。2018年1月,该公司的RLV-T3火箭实现了低空回收及平移,2019年1月,RLV-T5火箭完成首次悬停飞行试验,此项试验后来又开展多次,积累了数据。“从RLV-T3到T5,实现了从单台发动机到多台发动机并联的提升。”楚龙飞说。

 

  猎鹰九号火箭一级有9台发动机,而RLV-T5火箭采用5台发动机呈“十”字布局的构型。多台发动机并联会带来一些共性问题,例如推力不对称或点火时序不同步,火箭就可能歪倒。楚龙飞介绍,此前的悬停试验中验证了各种严酷情况,即使在4个方向上的某一台发动机关闭,依靠中心发动机的偏转、调流,也能控制火箭平稳降落。

 

  目前,翎客航天正在开展小型可回收运载火箭新航线一号的研制,计划在2021年前后首飞。相比RLV-T5火箭,新航线一号会采用推力更大的发动机,但将传承目前的控制算法及发动机布局等。

 

  不过,掌握回收技术只是火箭重复使用的前提,发动机复用次数、检测维修费用都将影响到最终成本。记者了解到,从美国航天飞机到猎鹰九号火箭,均提出过发动机复用次数指标;正在开展重复使用火箭及航天器研究的中国航天科技集团,也在对相关标准进行探索。而楚龙飞坦陈,翎客航天尚未刻意强调这一问题,下一步将探索的模式,也会跟传统方式不同。

 

  他表示,RLV-T5火箭发动机用的是液氧乙醇推进剂,不存在积炭问题,无需维护就能多次点火。该公司未来火箭的发动机将采用甲烷燃料,相比液氧煤油,积碳问题也会好很多,其通过简单维护、清洗,具备一定重复使用能力。“我们不会坐等标准定下来再行动,而会在有一定把握的前提下,冒一些风险进行探索。例如每次回收后评估火箭情况,决定是否继续使用。SpaceX其实也是这样。”楚龙飞说,“通过这种走一步看一步的过程积累数据,发动机工况的界限会逐渐清晰,我们就能据此优化流程。”