2030年,火箭可在天上“变形”,飞行更从容

发布时间 : 2017-10-30     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  火箭和航天飞行器浑身钢筋铁骨,给人以稳固、不可撼动的印象。可是,你知道吗,在十多年后,带翅膀、能主动“变形”的火箭、航天飞行器或将问世,新的形态将让火箭、航天飞行器在复杂的任务中飞得更从容。
  “自1903年,人类首次实现有动力飞行以来,飞行器的发展虽突飞猛进,但与鸟类等一些能够飞行的生物比起来,人类发明的飞行器在某些方面还是有些‘笨拙’。像鸟儿那样能根据不同环境灵活改变自身飞行状态的飞行器,仍停留在技术构想与科幻电影、小说里。”火箭院研发中心设计师介绍,“不过,随着结构、材料、控制和人工智能等学科的发展及其相互结合,智能可变形航天飞行器已经离我们越来越近了。”

△国外的可变形飞行器方案

  正如鸟儿在狂风、和风、高低空等不同环境中,以不同速度飞行时,会调整翅膀面积与整体姿态,以便自如地翱翔一样,未来的智能可变形航天飞行器也将根据不同的飞行环境和任务,适时改变外形布局,始终保持全阶段性能最优,最大化地提高飞行性能。
  “现在的运载火箭、载人飞船通常是一次性的,但可重复使用已成为大趋势。未来航天飞行器在大气层中的工作绝不仅仅局限于发射和返回两个过程,它们的飞行任务会更多、更复杂,这样一来,智能可变形的优势就会显现出来。”
  那么,制造智能可变形航天飞行器,人类还需要攻克哪些难关呢?

△国外的可变形飞行器方案

  “首先是结构和材料。”火箭院研发中心设计师说:“智能可变形飞行器按变形方式分为‘刚性变形’和‘柔性变形’。前者是通过机构动作实现几何变形,包括变后掠翼、折叠机翼、伸缩机翼等。‘柔性变形’,顾名思义,就是更接近鸟类的那种渐进变形、‘变于无形’。虽然许多技术已在飞机上验证过,但是在更辽阔的空天之间,面对更快的速度,还需要设计新结构,应用新的材料。譬如,‘柔性变形’可能会用到滑动蒙皮、智能压电材料,甚至是神奇的‘记忆合金’。”

△国外的可变形飞行器方案

  此外,智能变形飞行器作为一个大系统,也离不开传感、控制、人工智能等技术的突破。“在飞行的过程中,智能可变形飞行器必须即时感知自己处在什么样的环境,判断该以什么姿态飞行,并让作动机构立即实施……在数倍于音速的飞行中,只有各环节无缝衔接,即刻响应,才能保持最优飞行状态。”
  多年来,国外的航天企业一直在探索可变形飞行器的相关技术,形成了一些设计方案。

△洛克希德•马丁公司的可变形飞行器方案

  “譬如,洛克希德•马丁公司的一个可变形飞行器方案采用了‘折叠机翼’,利用压电作动器,可将机翼部分或全部打开,以适应不同飞行条件,保持良好飞行性能,打开后的机翼面积可增加近3倍;新一代航空技术公司的‘滑动蒙皮’方案,可在飞行过程中逐步伸展或收起机翼,改变其外形和面积,满足起飞低速巡航和高速机动飞行等不同要求……”
  火箭院研发中心设计师说:“预计2030年前后,国外企业或将在航天飞行器上实际验证可变形技术。目前,火箭院也在这一领域开展了初步的研究工作,为我国未来航天飞行器的发展储备技术。相信在不久的将来,人类的航天飞行器能像鸟儿一样任意卷舒,自由翱翔在空天之间。”

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