可重復(fù)使用航天運(yùn)載器及其關(guān)鍵技術(shù)探討

2019hansi

    可重復(fù)使用航天運(yùn)載器(RLV)的概念早在20世紀(jì)中葉就提出來了，但由于推進(jìn)、材料、制造、回收等技術(shù)的限制，到目前為止還沒有研制出完全可重復(fù)使用的航天運(yùn)載器。航天飛機(jī)是第一代可重復(fù)使用運(yùn)載器，雖然大體可以實(shí)現(xiàn)無損以及定點(diǎn)回收，但每次回收后的維修以及測(cè)試都需要耗費(fèi)龐大的人力以及物力，并沒有實(shí)現(xiàn)能夠降低運(yùn)載費(fèi)用的初衷。

    可重復(fù)使用航天運(yùn)載器是目前航天運(yùn)載器發(fā)展的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在漢斯出版社《國際航空航天科學(xué)》期刊中有論文首先簡要介紹了可重復(fù)使用航天運(yùn)載器的發(fā)展概況，然后將部分可重復(fù)使用運(yùn)載器按照垂直起飛水平著陸、垂直起降兩類，將完全可重復(fù)使用運(yùn)載器按照組合動(dòng)力重復(fù)使用運(yùn)載器、升力式火箭動(dòng)力可重復(fù)使用運(yùn)載器兩類，分別從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力設(shè)計(jì)、防熱設(shè)計(jì)和飛行控制設(shè)計(jì)等方面分析了其關(guān)鍵技術(shù)，最后對(duì)未來可重復(fù)使用航天運(yùn)載器的發(fā)展提出了設(shè)想。

    可重復(fù)使用航天運(yùn)載器技術(shù)是一門正在迅速發(fā)展的高技術(shù)，它是人類對(duì)太空不斷探索的智慧結(jié)晶，它的研制涉及的關(guān)鍵技術(shù)有很多，而且有些問題有其特定的先進(jìn)性和復(fù)雜性，很難確定未來的可重復(fù)使用航天運(yùn)載器一定是何種形式。現(xiàn)就未來最有可能實(shí)際應(yīng)用的可重復(fù)使用航天運(yùn)載器提出如下設(shè)想：
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3 l3 r0 s8 v" N9 A    采用升力體結(jié)構(gòu)外形，多種減速方式相結(jié)合。升力體結(jié)構(gòu)外形具有高容積效率和較低后機(jī)身阻力的特點(diǎn)，氣動(dòng)穩(wěn)定性和空氣熱動(dòng)力性也很好，可以大幅度降低再入返回速度從而使得再入返回?zé)岘h(huán)境大幅度改善，主發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間可大幅縮短，更有可能實(shí)現(xiàn)低成本目標(biāo)。

9 H9 A% f. h: K' g$ h6 }    推進(jìn)系統(tǒng)當(dāng)前傾向于采用直排式塞式噴管發(fā)動(dòng)機(jī)或三組元發(fā)動(dòng)機(jī)。直排式塞式噴管發(fā)動(dòng)機(jī)性能高，可以充分配合升力體外形，是RLV比較理想的推進(jìn)系統(tǒng)。塞式噴管的矩形結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與運(yùn)載器機(jī)體的一體化設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)重量，減少飛行阻力。三組元發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是采用兩種燃料、一種氧化劑，所以又稱為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。在相同的室壓條件下，三組元發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量比氫/氧發(fā)動(dòng)機(jī)低10%~25%。此外少量液氫(推進(jìn)劑總流量的6%)的加入，不僅可以提高冷卻性能，允許更高的燃燒室壓力，也可以改善燃燒穩(wěn)定性。

! N( F. X' @# q- Z/ H    可重復(fù)使用運(yùn)載器采用兩級(jí)并聯(lián)，依次回收。相比于單級(jí)入軌，采用兩級(jí)并聯(lián)的形式，是近期最有可能出現(xiàn)的可重復(fù)使用運(yùn)載器構(gòu)型。在發(fā)射場垂直發(fā)射，一、二級(jí)均可采用升力體構(gòu)型，一級(jí)背駝二級(jí)在完成各自任務(wù)后依次水平降落至指定著陸場，也可以僅一級(jí)采用升力式構(gòu)型，背駝一次性運(yùn)載火箭二級(jí)形成有效載荷快速、低成本入軌能力。

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