天龙三号火箭年底复飞! 我国多款复用火箭接连突破,到底有多难?

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在4月3日,我国进行了天龙三号火箭的首飞任务,火箭在发射升空的过程中还是非常顺利的,一二级火箭也顺利完成了分离,不过后来二级火箭出现了异常,导致任务失利。

9月11日,天兵科技正式公布天龙三号遥一火箭首飞失利的故障归零结论。经过差不多5个月的全面排查、仿真分析与故障复现试验,找到了火箭失利的原因。

是火箭飞行过程中排放的液氧被抽吸到了火箭的箭底,引发一级发动机涡轮废气出现二次燃烧,烧蚀底部防热裙的连接结构,高温燃气进入到尾舱引发起火,最终导致了这一次飞行异常。

现在问题已经找到了,改进方案也得到了充分的验证了,技术问题得到了解决,天龙三号遥二火箭现在也已完成了总装、总测等工作了,计划在2026年第四季度就会择机复飞了,所以现在我们只需要等待天龙三号火箭复飞的好消息。

看到天龙三号遥二火箭即将在今年年底进行复飞,可能有很多网友联想到在7月我国进行的长征十号乙运载火箭的首飞、回收任务,以及在8月进行的朱雀三号火箭的回收任务。

为什么我国在这几年时间内都在大力发展可以重复使用的火箭呢?可以重复使用的火箭到底有多难?

美国是世界上第一个研制出可以重复使用的火箭,SPaceX公司的猎鹰9号火箭到现在已经执行了几百次发射任务了,把上万颗星链卫星部署到了近地轨道,还发射了很多飞船、探测器、卫星。

除此之外,SPaceX公司还有更强的星舰火箭,蓝色起源公司也在研制可以重复使用的火箭,例如新格伦火箭等。

而美国的可以重复使用的火箭有一个特点,那就是这些火箭都是来自商业航天企业的,美国NASA并没有自己的可以重复使用的火箭了。

实际上,现在NASA已经不再参与到火箭、飞船的设计、生产、发射等环节了,他们只负责提要求,然后把项目分包了这些商业航天企业,让他们去设计、生产飞船、火箭,美国国家队彻底丧失了设计、制造、发射火箭、飞船的能力了。

而我国就不一样,采用的是国家队和民营航天企业齐头并进的策略,也就是既有国家队的火箭,也有商业航天企业的火箭。例如长征十号乙运载火箭就是国家队的火箭,而朱雀三号火箭、天龙三号火箭都是商业企业的火箭。

其中国家队的火箭主要负责国家级的大工程,比如说发射空间站、载人登月飞船、发射火星探测器之类的任务就由国家级的火箭去完成,而发射一些商业卫星,或者承接国际的卫星发射任务,则可以由商业火箭来完成。不同的火箭分工合作,一起完成发射任务。

这样一来的话,就不需要担心某一款火箭由于一些原因需要暂停发射而影响到后续的发射任务。比如说,之前美国的猎鹰火箭也曾经因为一些技术的原因而被暂停发射,美国其他的航天项目必然会受到一定的影响。

我们开发不同的火箭,这些火箭可以适配不同的发射需求,分摊技术风险,从而构建起完整的可复用火箭产业体系。

火箭的可以重复使用技术是非常难的,到现在也只有美国真正做到了火箭的可以重复使用,我国在7月和8月成功进行了长征十号乙火箭、朱雀三号火箭的回收任务而已,还没真正使用这些火箭去执行第二次复飞任务。

除了中国、美国外,其他国家现在都没有突破大型火箭的可控回收技术,如果没有掌握火箭的回收技术,那就做不到火箭的重复使用了。这其实也说明了重复使用的火箭是非常难的。因为火箭都回收不了的情况下,就谈不上重复使用了,所以重复使用的前提就是要实现火箭的可控回收。

可能有一些网友表示火箭的回收重复使用不就是火箭在返回地球的过程中启动发动机进行减速,然后安全着陆,再次去执行发射任务,不就可以了吗?原理是这样,但是做起来难度超乎想象,每一个环节都是困难重重的。

第一个难关就是火箭的回收过程。那些一次性的火箭不需要回收,所以它们的发动机只需要在发射阶段稳定工作一次就可以了,而可回收火箭的一级发动机要完成多次启动、关闭,所以可靠性要求极高。

在发射升空的过程中,当火箭一二级进行分离时,一子级火箭会在高空中关闭发动机,而当火箭一子级重返地球,进入返回地球的轨道时就需要重启发动机进行制动减速了。而在准备着陆的过程中,火箭发动机还需要精准控制好推力大小,在必要的时候还需要关闭部分发动机才能实现精准的着陆。

这个过程是非常难的。因为火箭一二级分离时,可能已经在100多公里的外太空了,外太空的环境极为恶劣,在极端恶劣的环境下,发动机需要精准启动,难度是非常大的,如果发动机没法正常启动,那火箭就没法实现回收了。

就算火箭发动机能在极端的外太空启动,想要实现精准着陆也是非常难的。因为火箭发射升空后会飞到很远的地方,而选择的着陆点的范围是非常小的,不可能像载人飞船那样有上万平方公里的着陆区域。火箭从上百公里的太空返回地球,需要精准降落到一个很小的着陆点上,对精确制导的要求是极高的。

而且,火箭在进入大气层的过程中,细长的火箭箭体在空气的作用下很难稳定飞行姿态,就需要火箭自己控制好姿态才能实现安装着陆。

由于火箭在完成分离后速度是相当快的,所以当火箭以极快的速度进入大气层后,气动加热效应很强烈,外部温度会飙升到1000多℃,在这样的情况下,需要保障火箭箭体不被高温烧毁,还要确保火箭的传感器等设备不受到损坏。

第二个难关就是重复使用。火箭的回收是重复使用的第一步,只有实现了回收,才有机会重复使用。而重复使用也不是说拿到回收的火箭就直接去执行发射任务了。

因为在完成上一次发射任务的过程中,火箭的发动机、传感器、管路各方面会不会出现问题,会不会出现损伤,这是不确定的,所以就需要对火箭进行全方位的检修,确认安全的情况下才能去执行复飞任务。

而一般的火箭发动机是没法重复使用的,就算能回收也不能去执行发射任务,所以重复使用的火箭发动机是另外专门研制的,而不是直接使用以前的那种发动机。

从各方面的角度来看,重复使用的火箭难度是非常大的,需要实现回收,才能去实现重复使用。当然,虽然重复使用的火箭难度非常大,但是由于一枚火箭可能就能重复执行几十次发射任务,平均下来每次发射的成本就会很低了,还是具有很高的性价比的。


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