“比美国更需要”!中国火箭精准回收获突破 “苍蝇拍”控制姿态

2019-07-29 10:31:52  环球时报 

长征二号丙火箭上的栅格舵形如“苍蝇拍”

【环球时报报道记者马俊本报特约记者魏云峰】美国名声在外的太空探索技术公司(SpaceX公司)的“猎鹰9”运载火箭每次发射时,标志性的火箭第一级回收总能引起全球航天爱好者的感叹。7月26日,随着长征二号丙运载火箭在西昌发射中心顺利升空,中国也首次成功验证了火箭第一级落点的精确控制技术,成为全球继美国之后,第二个掌握该技术的国家。火箭精准回收有何困难?落点可控技术的突破,对于中国而言意义何在?

栅格舵是关键设备

《环球时报》记者28日从中国航天科技集团有限公司第一研究院获悉,7月26日13时40分,长征二号丙火箭第一级残骸在贵州黔南布依族苗族自治州被顺利找到,落点在设定的落区范围内,标志着我国运载火箭首次“栅格舵分离体落区安全控制技术”试验取得成功,使我国成为继美国之后的第二个掌握此项技术的国家。这是中国航天在落点可控、精准回收领域取得的重大突破,是向可重复使用运载火箭迈出的坚实一步。

为何在诸多航天强国中,只有美国与中国在此领域取得突破?中国航天专家、小火箭联合会创始人邢强博士告诉《环球时报》记者,火箭第一级与火箭主体分离后,残骸的气动外形改变,从高空掉落时的飞行轨迹与火箭起飞阶段完全不同。如果想要精准回收第一级残骸,不仅需要掌握它的气动特征,而且还要有特殊的姿态控制设备。而这次长征火箭使用的栅格舵就是其中之一。

外形看起来有点像“苍蝇拍”的栅格舵,是一种非常规的气动稳定和控制舵面。邢强介绍说,它的气动设计非常复杂。如果设计得好,它能增加飞行器的飞行稳定性和操控性;但如果设计不当,反而会带来极大阻力。此外,栅格舵的结构比较复杂,对加工工艺要求很高,也限制了它的广泛应用。据介绍,栅格舵在火箭上升段需要紧贴火箭避免对发射任务造成影响,在残骸再入大气层段则需要完成解锁-展开-按控制指令转动等一系列复杂动作,还要承受上千度高温、近10倍自重的冲击力。

航天强国研究热点

最早在栅格翼/舵方面展开研究的是苏联,并在SS-20战略导弹、R-77中程空对空导弹等武器上得到应用。美国开展栅格翼的研究工作比较晚,但发展非常快,号称“炸弹之母”的GBU-43大型空爆炸弹就依靠栅格翼保证精准的飞行控制。“猎鹰9”火箭第一级的回收,更是靠栅格翼与反推力系统的完美配合实现的。

中国神舟系列载人飞船的逃逸飞行器也使用了栅格翼。此外,中国民营运载火箭的首次成功发射、星际荣耀公司25日升空的“双曲线一号”火箭尾部也采用栅格翼设计。

长征二号丙运载火箭副总设计师崔照云介绍说,“之前应用于我国长征二号F载人运载火箭上的栅格翼展开后是固定不动的,近几年国外火箭上才开始通过可摆动的栅格舵来控制箭体的方向和姿态。本次试验采用栅格舵控制残骸落点,是我国首次尝试。虽然大中型的长征二号丙火箭的落点控制,相比小型火箭,难度要大得多,但创新驱动发展,这使‘年近不惑’的长征二号丙又焕发了更大的生机活力。”

“中国比美国更需要”

据《环球时报》记者了解,这次发射验证的新技术,对于中国而言还有更现实的意义——减少传统火箭发射时给落区百姓带来的不便。

全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩告诉《环球时报》记者,传统火箭发射时,第一级、第二级甚至整流罩等残骸完成任务后从高空无控坠落,落点散布范围较大,可能涉及有人居住的区域。为保障人员安全,我国当前的做法是在每次火箭发射之前,将落区内百姓疏散到安全地带。这不仅给当地百姓带来不便,也增加了火箭发射的经济成本和工作难度。现实的问题是,由于社会迅猛发展和人口数量激增,我国于20世纪六七十年代建立的内陆火箭发射场周边,火箭残骸落区不再是绝对的无人区,近年有关贵州、江西等地的火箭残骸掉落事件不时出现在新闻媒体上。掌握火箭残骸落点可控技术后,对于解决我国内陆发射场落区安全性问题具有重大的意义。

邢强介绍说,受先天的地理位置因素影响,火箭残骸的落区问题让不少国家头疼。例如早年英国就因为运载火箭残骸的落区位于法国巴黎和德国柏林附近,被迫放弃在英伦三岛发射火箭的计划。相对而言,美国在此方面得天独厚,从肯尼迪航天中心发射的火箭残骸会落到大西洋,从范登堡空军基地发射的火箭落区在太平洋,因此美国发展相关技术的原因集中在火箭可重复使用上。而中国除了海南文昌发射中心外,现有内陆火箭发射场都更要注重落区安全问题,因此可以说,中国比美国更需要掌握火箭残骸的落点可控技术。▲

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