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可重复使用航天运载器及其关键技术探讨

可重复使用航天运载器及其关键技术探讨

  可重复使用航天运载器(RLV)的概念早在20世纪中叶就提出来了,但由于推进、材料、制造、回收等技术的限制,到目前为止还没有研制出完全可重复使用的航天运载器。 航天飞机是第一代可重复使用运载器,虽然大体可以实现无损以及定点回收,但每次回收后的维修以及测试都需要耗费庞大的人力以及物力,并没有实现能够降低运载费用的初衷。   可重复使用航天运载器是目前航天运载器发展的一个研究热点。 在汉斯出版社《国际航空航天科学》期刊中有论文首先简要介绍了可重复使用航天运载器的发展概况,然后将部分可重复使用运载器按照垂直起飞水平着陆、垂直起降两类,将完全可重复使用运载器按照组合动力重复使用运载器、升力式火箭动力可重复使用运载器两类,分别从结构设计、动力设计、防热设计和飞行控制设计等方面分析了其关键技术,最后对未来可重复使用航天运载器的发展提出了设想。

  可重复使用航天运载器技术是一门正在迅速发展的高技术,它是人类对太空不断探索的智慧结晶,它的研制涉及的关键技术有很多,而且有些问题有其特定的先进性和复杂性,很难确定未来的可重复使用航天运载器一定是何种形式。

现就未来最有可能实际应用的可重复使用航天运载器提出如下设想:  采用升力体结构外形,多种减速方式相结合。 升力体结构外形具有高容积效率和较低后机身阻力的特点,气动稳定性和空气热动力性也很好,可以大幅度降低再入返回速度从而使得再入返回热环境大幅度改善,主发动机工作时间可大幅缩短,更有可能实现低成本目标。   推进系统当前倾向于采用直排式塞式喷管发动机或三组元发动机。 直排式塞式喷管发动机性能高,可以充分配合升力体外形,是RLV比较理想的推进系统。 塞式喷管的矩形结构,可以实现发动机与运载器机体的一体化设计,降低系统重量,减少飞行阻力。

三组元发动机的特点是采用两种燃料、一种氧化剂,所以又称为双燃料发动机。

在相同的室压条件下,三组元发动机的结构质量比氢/氧发动机低10%~25%。

此外少量液氢(推进剂总流量的6%)的加入,不仅可以提高冷却性能,允许更高的燃烧室压力,也可以改善燃烧稳定性。

  可重复使用运载器采用两级并联,依次回收。 相比于单级入轨,采用两级并联的形式,是近期最有可能出现的可重复使用运载器构型。

在发射场垂直发射,一、二级均可采用升力体构型,一级背驼二级在完成各自任务后依次水平降落至指定着陆场,也可以仅一级采用升力式构型,背驼一次性运载火箭二级形成有效载荷快速、低成本入轨能力。

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