中國研制可重復使用航天運載器 預計2020年首飛
更新時(shí)間：2017-10-31 8:52:01 來(lái)源：新京報
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像火箭一樣起飛，如飛機一樣降落
我國可重復使用航天運載器預計2020年首飛
廉價(jià)、便捷地往返天地，一直是航天技術(shù)發(fā)展的目標。近年大出風(fēng)頭的美國太空探索技術(shù)公司(SpaceX)，正是憑借獵鷹九號火箭的回收和重復使用，在降低航天成本方面邁出了跨越性的一步�？萍既請笥浾呷涨皬闹袊教炜萍技瘓F公司一院獲悉，該院正聯(lián)合國內優(yōu)勢機構共同合作研制可重復使用運載器，并計劃于2020年左右首飛。其最終目標不僅能將單位有效載荷的運輸成本降低至現有一次性運載火箭的十分之一，還能大幅縮短發(fā)射準備時(shí)間，有望像飛機一樣實(shí)現航班化的天地往返運輸。
一級“背”著(zhù)二級，一天能飛一次
一院研發(fā)中心總體室主任陳洪波在接受科技日報專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)介紹，可重復使用運載器，指能利用自身動(dòng)力攜帶人員或有效載荷進(jìn)入預定軌道，并可從軌道返回地面，可以多次重復使用的航天運輸工具。
根據不同標準，重復使用運載器有多種分類(lèi)。按照重復使用的比率，可分為部分重復使用和完全重復使用(例如航天飛機、獵鷹九號火箭等屬于部分重復使用，英國正在研制的“云霄塔”空天飛行器屬于完全重復使用)；按主動(dòng)力形式分為火箭動(dòng)力和吸氣式組合動(dòng)力；按級數分為單級入軌和多級入軌(一般以?xún)杉壢胲墳橹?；按起降方式分為垂直起飛/垂直降落、垂直起飛/水平降落以及水平起降。
陳洪波表示，我國正在研制的重復使用運載器兼具航天器和航空飛行器的特點(diǎn)。與傳統一次性火箭相比，我國正基于目前的火箭發(fā)動(dòng)機，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)讓其實(shí)現重復使用。2020年左右完成首飛后，還將連續進(jìn)行數次飛行，驗證其快速再次發(fā)射和重復使用能力。美國國防高級研究計劃局主導的XS-1(試驗性太空飛機，采用垂直發(fā)射、水平著(zhù)陸模式)也計劃在2020年完成飛行試驗，可以說(shuō)，中美兩國的可重復使用運載器研發(fā)是“比肩的”。
與獵鷹九號相比，該運載器的組合和回收方式有所不同。陳洪波說(shuō)，獵鷹九號以及傳統火箭，各子級是采用串聯(lián)方式。該運載器的起飛方式與傳統火箭一樣，都是垂直發(fā)射，但優(yōu)選方案是讓一二級并聯(lián)組合在一起，一級“背”著(zhù)二級，二級機身設置著(zhù)有效載荷艙�；厥諘r(shí)，獵鷹九號一級是垂直降落于海上平臺或陸地回收區域，目前暫未實(shí)現第二級的回收。而可重復使用運載器的一二級在完成各自任務(wù)后，將分別返回著(zhù)陸場(chǎng)，像飛機一樣水平降落在跑道上。
SpaceX曾宣稱(chēng)，憑借獵鷹九號一級回收，未來(lái)可將航天發(fā)射成本降低80%。我國重復使用運載器的目標與其近似。陳洪波說(shuō)，該運載器的設計重復使用次數在20次以上，初期目標是將單位有效載荷運輸成本降至目前的五分之一，未來(lái)則有望降至十分之一。
除了降低發(fā)射成本，該運載器的發(fā)射周期也將大大縮短�？萍既請笥浾吡私獾�，傳統火箭的發(fā)射準備時(shí)間往往長(cháng)達數月，即使是國內以快著(zhù)稱(chēng)的小型火箭“快舟”系列，準備時(shí)間也需一周左右。而陳洪波透露，該運載器將引入航空領(lǐng)域的快速檢測理念和技術(shù)，力求具備一天一次飛行的能力。
不過(guò)，可重復使用航天器的終極目標，仍是能像飛機一樣水平起降、可單級入軌的“空天飛機”。其為了提高在大氣層內的飛行效率，需要用渦輪發(fā)動(dòng)機、沖壓發(fā)動(dòng)機與火箭形成組合動(dòng)力�？萍既請笥浾吡私獾�，目前國內已經(jīng)開(kāi)展相關(guān)研究。但陳洪波表示，該技術(shù)難度極大，預計還需要15年左右才能有所突破，具備工程應用能力。而火箭動(dòng)力形式目前已經(jīng)比較成熟。
空間站航天員無(wú)需擔心“斷糧”
從外觀(guān)來(lái)看，我國在研的重復使用運載器與傳統火箭最顯著(zhù)的區別，就是其一二級均帶有飛機一樣的“翅膀”。
陳洪波表示，為了實(shí)現水平降落回收，一二級需要有航空器的機翼，為其在跑道水平著(zhù)陸時(shí)提供足夠的升力。為此，一院與北京航空航天大學(xué)航空學(xué)院簽訂協(xié)議，雙方將在帶翼航天器彈性載荷設計和疲勞載荷譜設計方面開(kāi)展深度合作。
載荷設計的優(yōu)劣將決定運載器的技術(shù)先進(jìn)性和承載能力。陳洪波說(shuō)，此載荷指的是飛行器在任務(wù)過(guò)程中受力的情況。如果載荷設計過(guò)于保守，會(huì )導致飛行器結構過(guò)重，損失運載能力；過(guò)于冒進(jìn)則可能導致結構骨架設計薄弱，影響飛行安全。為滿(mǎn)足該運載器重復使用、高頻次發(fā)射的需求，必須吸納航空飛行器載荷設計的技術(shù)方法。
十九大報告中指出：“要瞄準世界科技前沿，強化基礎研究，實(shí)現前瞻性基礎研究、引領(lǐng)性原創(chuàng )成果重大突破�！庇浾吡私獾�，可重復使用運載器技術(shù)代表著(zhù)世界科技前沿，可帶動(dòng)先進(jìn)材料、先進(jìn)制造、控制、氣動(dòng)等學(xué)科的基礎理論研究和技術(shù)創(chuàng )新。同時(shí)其應用前景極為廣闊。據介紹，我國預計在2030年前全部完成可重復使用運載器的研發(fā)及相關(guān)飛行試驗，屆時(shí)有望成為全世界首個(gè)實(shí)現完全重復使用運載器研制的國家。
陳洪波說(shuō)，該運載器主要面向300至500公里高度的軌道，可滿(mǎn)足未來(lái)“快速、可靠、廉價(jià)”的航天運輸需求。例如能承擔未來(lái)我國空間站的人員、物資運輸任務(wù)，也能滿(mǎn)足軍民兩用的有效載荷發(fā)射需求，還能開(kāi)發(fā)太空旅游等民用產(chǎn)業(yè)。
可以想象，未來(lái)生活在空間站的航天員再也不用擔心“斷糧”了，更多人也能有機會(huì )前往太空一覽美景。（記者 付毅飛）
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像火箭一樣起飛，如飛機一樣降落
我國可重復使用航天運載器預計2020年首飛
廉價(jià)、便捷地往返天地，一直是航天技術(shù)發(fā)展的目標。近年大出風(fēng)頭的美國太空探索技術(shù)公司(SpaceX)，正是憑借獵鷹九號火箭的回收和重復使用，在降低航天成本方面邁出了跨越性的一步�？萍既請笥浾呷涨皬闹袊教炜萍技瘓F公司一院獲悉，該院正聯(lián)合國內優(yōu)勢機構共同合作研制可重復使用運載器，并計劃于2020年左右首飛。其最終目標不僅能將單位有效載荷的運輸成本降低至現有一次性運載火箭的十分之一，還能大幅縮短發(fā)射準備時(shí)間，有望像飛機一樣實(shí)現航班化的天地往返運輸。
一級“背”著(zhù)二級，一天能飛一次
一院研發(fā)中心總體室主任陳洪波在接受科技日報專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)介紹，可重復使用運載器，指能利用自身動(dòng)力攜帶人員或有效載荷進(jìn)入預定軌道，并可從軌道返回地面，可以多次重復使用的航天運輸工具。
根據不同標準，重復使用運載器有多種分類(lèi)。按照重復使用的比率，可分為部分重復使用和完全重復使用(例如航天飛機、獵鷹九號火箭等屬于部分重復使用，英國正在研制的“云霄塔”空天飛行器屬于完全重復使用)；按主動(dòng)力形式分為火箭動(dòng)力和吸氣式組合動(dòng)力；按級數分為單級入軌和多級入軌(一般以?xún)杉壢胲墳橹?；按起降方式分為垂直起飛/垂直降落、垂直起飛/水平降落以及水平起降。
陳洪波表示，我國正在研制的重復使用運載器兼具航天器和航空飛行器的特點(diǎn)。與傳統一次性火箭相比，我國正基于目前的火箭發(fā)動(dòng)機，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)讓其實(shí)現重復使用。2020年左右完成首飛后，還將連續進(jìn)行數次飛行，驗證其快速再次發(fā)射和重復使用能力。美國國防高級研究計劃局主導的XS-1(試驗性太空飛機，采用垂直發(fā)射、水平著(zhù)陸模式)也計劃在2020年完成飛行試驗，可以說(shuō)，中美兩國的可重復使用運載器研發(fā)是“比肩的”。
與獵鷹九號相比，該運載器的組合和回收方式有所不同。陳洪波說(shuō)，獵鷹九號以及傳統火箭，各子級是采用串聯(lián)方式。該運載器的起飛方式與傳統火箭一樣，都是垂直發(fā)射，但優(yōu)選方案是讓一二級并聯(lián)組合在一起，一級“背”著(zhù)二級，二級機身設置著(zhù)有效載荷艙�；厥諘r(shí)，獵鷹九號一級是垂直降落于海上平臺或陸地回收區域，目前暫未實(shí)現第二級的回收。而可重復使用運載器的一二級在完成各自任務(wù)后，將分別返回著(zhù)陸場(chǎng)，像飛機一樣水平降落在跑道上。
SpaceX曾宣稱(chēng)，憑借獵鷹九號一級回收，未來(lái)可將航天發(fā)射成本降低80%。我國重復使用運載器的目標與其近似。陳洪波說(shuō)，該運載器的設計重復使用次數在20次以上，初期目標是將單位有效載荷運輸成本降至目前的五分之一，未來(lái)則有望降至十分之一。
除了降低發(fā)射成本，該運載器的發(fā)射周期也將大大縮短�？萍既請笥浾吡私獾�，傳統火箭的發(fā)射準備時(shí)間往往長(cháng)達數月，即使是國內以快著(zhù)稱(chēng)的小型火箭“快舟”系列，準備時(shí)間也需一周左右。而陳洪波透露，該運載器將引入航空領(lǐng)域的快速檢測理念和技術(shù)，力求具備一天一次飛行的能力。
不過(guò)，可重復使用航天器的終極目標，仍是能像飛機一樣水平起降、可單級入軌的“空天飛機”。其為了提高在大氣層內的飛行效率，需要用渦輪發(fā)動(dòng)機、沖壓發(fā)動(dòng)機與火箭形成組合動(dòng)力�？萍既請笥浾吡私獾�，目前國內已經(jīng)開(kāi)展相關(guān)研究。但陳洪波表示，該技術(shù)難度極大，預計還需要15年左右才能有所突破，具備工程應用能力。而火箭動(dòng)力形式目前已經(jīng)比較成熟。
空間站航天員無(wú)需擔心“斷糧”
從外觀(guān)來(lái)看，我國在研的重復使用運載器與傳統火箭最顯著(zhù)的區別，就是其一二級均帶有飛機一樣的“翅膀”。
陳洪波表示，為了實(shí)現水平降落回收，一二級需要有航空器的機翼，為其在跑道水平著(zhù)陸時(shí)提供足夠的升力。為此，一院與北京航空航天大學(xué)航空學(xué)院簽訂協(xié)議，雙方將在帶翼航天器彈性載荷設計和疲勞載荷譜設計方面開(kāi)展深度合作。
載荷設計的優(yōu)劣將決定運載器的技術(shù)先進(jìn)性和承載能力。陳洪波說(shuō)，此載荷指的是飛行器在任務(wù)過(guò)程中受力的情況。如果載荷設計過(guò)于保守，會(huì )導致飛行器結構過(guò)重，損失運載能力；過(guò)于冒進(jìn)則可能導致結構骨架設計薄弱，影響飛行安全。為滿(mǎn)足該運載器重復使用、高頻次發(fā)射的需求，必須吸納航空飛行器載荷設計的技術(shù)方法。
十九大報告中指出：“要瞄準世界科技前沿，強化基礎研究，實(shí)現前瞻性基礎研究、引領(lǐng)性原創(chuàng )成果重大突破�！庇浾吡私獾�，可重復使用運載器技術(shù)代表著(zhù)世界科技前沿，可帶動(dòng)先進(jìn)材料、先進(jìn)制造、控制、氣動(dòng)等學(xué)科的基礎理論研究和技術(shù)創(chuàng )新。同時(shí)其應用前景極為廣闊。據介紹，我國預計在2030年前全部完成可重復使用運載器的研發(fā)及相關(guān)飛行試驗，屆時(shí)有望成為全世界首個(gè)實(shí)現完全重復使用運載器研制的國家。
陳洪波說(shuō)，該運載器主要面向300至500公里高度的軌道，可滿(mǎn)足未來(lái)“快速、可靠、廉價(jià)”的航天運輸需求。例如能承擔未來(lái)我國空間站的人員、物資運輸任務(wù)，也能滿(mǎn)足軍民兩用的有效載荷發(fā)射需求，還能開(kāi)發(fā)太空旅游等民用產(chǎn)業(yè)。
可以想象，未來(lái)生活在空間站的航天員再也不用擔心“斷糧”了，更多人也能有機會(huì )前往太空一覽美景。（記者 付毅飛）
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