高速飞行的火箭如何垂直降落?

发布时间 : 2017-02-28     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  北京时间2月19日晚,美国太空探索技术公司(以下简称“Space X公司”)成功实现第三次陆上回收火箭。
  


  
△SpaceX猎鹰9号火箭成功发射


  近年来,中国运载火箭技术研究院(简称“火箭院”)作为我国最大的火箭研制单位,也一直致力于火箭回收技术的研究。据北京宇航系统工程研究所总体设计人员邓新宇介绍,Space X公司这次火箭回收采用的是垂直起降技术。往往火箭在完成任务之后就坠落下来,不能再次使用,垂直起降技术就是让它再飞回来,安全、可控地落地,回收再利用。
  那么,火箭升空后,在高速飞行的状态下是如何做到垂直降落的呢?据介绍,火箭飞上天之后,速度比较快,要想实现火箭回收,需要通过发动机反推让火箭减速,然后通过发动机两到三次点火,让火箭降落速度减到一定程度,轻飘飘地落地。
  邓新宇说,垂直起降技术有两个难点:一是定点要准,火箭要从10万米的高空精准降落在着陆场上,这比百步穿杨还难。二是点火时机要恰到好处,点火早了,发动机反推时间过长,火箭速度减到零之后可能又飞回去了;点火晚了,火箭落地时速度降不下来,就会摔成碎片。落地时,火箭的速度要从每秒3000米降到每秒2米以下。要让几十吨的火箭控制好着陆的速度和姿态,蜻蜓点水般地落地,是非常难的。所以Space X公司前4次试验都失败了,直到第5次试验才成功。
  邓新宇告诉记者,垂直起降技术是当前国外研究的热点,是运载火箭重复使用的重要方式之一,也是目前来看最容易实现火箭回收的方式之一。该技术应用领域非常广泛,一是为火箭发射卫星降低成本,二是将这一技术用于太空旅游,既相对简单可靠,又经济实惠。
  那我国为何没有将这项技术投入工程应用呢?原来,这项技术是以牺牲火箭一部分的运载能力为代价,来实现火箭的回收使用,会造成火箭正常发射任务的能力降低。
  “垂直起降技术大约损失20%至50%的运载能力,也就是说,发射10吨卫星的火箭,利用垂直起降技术收回后只能发射5吨至8吨的卫星。”邓新宇说,“由于Space公司采用多台小推力发动机并联工作,可以通过减少发动机工作数量降低单台发动机的推力调节难度,使用垂直起降技术具有先天优势。然而当前国际火箭主流发展趋势是大推力、少台数,并不适合采用垂直起降技术,这也是我国和空客、波音、洛克希德·马丁等国际一流宇航公司未采用该技术的原因。”

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