可重復使用航天運載器及其關鍵技術探討

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發表于 2019-6-6 09:39:05 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

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

可重復使用航天運載器是目前航天運載器發展的一個研究熱點。在漢斯出版社《國際航空航天科學》期刊中有論文首先簡要介紹了可重復使用航天運載器的發展概況，然后將部分可重復使用運載器按照垂直起飛水平著陸、垂直起降兩類，將完全可重復使用運載器按照組合動力重復使用運載器、升力式火箭動力可重復使用運載器兩類，分別從結構設計、動力設計、防熱設計和飛行控制設計等方面分析了其關鍵技術，最后對未來可重復使用航天運載器的發展提出了設想。

可重復使用航天運載器技術是一門正在迅速發展的高技術，它是人類對太空不斷探索的智慧結晶，它的研制涉及的關鍵技術有很多，而且有些問題有其特定的先進性和復雜性，很難確定未來的可重復使用航天運載器一定是何種形式。現就未來最有可能實際應用的可重復使用航天運載器提出如下設想：

采用升力體結構外形，多種減速方式相結合。升力體結構外形具有高容積效率和較低后機身阻力的特點，氣動穩定性和空氣熱動力性也很好，可以大幅度降低再入返回速度從而使得再入返回熱環境大幅度改善，主發動機工作時間可大幅縮短，更有可能實現低成本目標。

推進系統當前傾向于采用直排式塞式噴管發動機或三組元發動機。直排式塞式噴管發動機性能高，可以充分配合升力體外形，是RLV比較理想的推進系統。塞式噴管的矩形結構，可以實現發動機與運載器機體的一體化設計，降低系統重量，減少飛行阻力。三組元發動機的特點是采用兩種燃料、一種氧化劑，所以又稱為雙燃料發動機。在相同的室壓條件下，三組元發動機的結構質量比氫/氧發動機低10%~25%。此外少量液氫(推進劑總流量的6%)的加入，不僅可以提高冷卻性能，允許更高的燃燒室壓力，也可以改善燃燒穩定性。

可重復使用運載器采用兩級并聯，依次回收。相比于單級入軌，采用兩級并聯的形式，是近期最有可能出現的可重復使用運載器構型。在發射場垂直發射，一、二級均可采用升力體構型，一級背駝二級在完成各自任務后依次水平降落至指定著陸場，也可以僅一級采用升力式構型，背駝一次性運載火箭二級形成有效載荷快速、低成本入軌能力。