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中國商用火箭取得突破!首次「空中二次點火」回收測試成功,總指揮講解技術亮點

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中國商用火箭取得突破!首次「空中二次點火」回收測試成功,總指揮講解技術亮點,2024年9月11日12時00分,由藍箭航天空間科技股份有限公司自主研發的朱雀三號 VTVL-1 可重複使用垂直起降回收試驗箭,在我國酒泉衛星發射中心・藍箭航天液氧甲烷火箭發射工位,圓滿完成十公里級垂直起降返回飛行試驗[1]

國內首次實現 「空中二次點火」

該次任務是國內首次實現垂直起降返回火箭空中二次點火、跨音速大動壓環境下 「柵格舵 - 冷氣姿控 - 發動機」 聯合制導控制,以及高空風實時風修技術工程化應用等技術驗證[2],標誌着中國商業航天在可重複使用運載火箭技術上取得重大突破,為將來實現大運力、低成本、高頻次、可重複使用的航天發射邁出了關鍵性的一步!

藍箭航天火箭研發部總經理、朱雀三號可復用火箭型號總指揮戴政介紹,此次任務完成了垂直起降返回火箭空中二次點火、跨音速大動壓環境下 「柵格舵 - 冷氣姿控 - 發動機」 聯合制導控制,以及高空風實時風修技術工程化應用等技術驗證。

本次試驗中,朱雀三號 VTVL-1 試驗箭空中飛行總時間為 200.7s,經歷 「上升 - 發動機關機 - 無動力滑行 - 發動機空中二次起動 - 軟着陸」 過程。其中,起飛後約 113s 發動機第一次關機,關機後火箭繼續依靠慣性飛行至距地面高度 10002m 的最高點,為抵消 36m/s 的高空橫風乾擾,火箭依靠高空風修正、柵格舵和冷氣姿控來穩定飛行姿態;經過無動力滑行約 40s 後,在火箭高度降至 4.64km、速度達到 0.8Ma 情況下,發動機進行空中 100% 工況二次點火,火箭進入着陸減速段,並通過在線制導控制算法,調節發動機推力和飛行狀態,引導箭體在距離發射工位約 3.2km 的回收場坪實現軟着陸;着陸位置中心點距離回收場坪中心位置 1.7m,着陸垂直速度 - 1.65m/s,着陸姿態角偏差為 0.3°,各項指標均滿足預期設計,達到國內領先水平。

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採用國內推力最大的入軌級液氧甲烷發動機

本次任務是繼 2024 年 1 月圓滿執行百米級飛行試驗任務之後,對大型液氧甲烷重複使用火箭垂直起降回收各項關鍵技術的進階驗證。試驗箭為單級液氧甲烷火箭,箭體直徑 3.35m,長度 18.3m,起飛質量約 68t,起飛推力 800 千牛,裝配 3 組着陸緩衝支腿,新增 4 片柵格舵系統,採用與朱雀三號火箭一致的高強度不鏽鋼箭體結構;搭載一台已實現連續入軌飛行驗證、與朱雀三號火箭同型的 80 噸級天鵲 - 12 (TQ-12) 改進型液氧甲烷發動機,具備正交雙擺、45%~111% 變推力調節和多次點火能力。

採用國內推力最大的入軌級液氧甲烷發動機,首次在國內驗證發動機一次關機後小過載段的推進劑管理技術,驗證重複使用火箭發動機空中二次起動能力。考核垂直返回狀態下動力系統關鍵動作歷經的環境過程,更加貼近重複使用火箭一子級回收過程的實際工況,從而全面驗證朱雀三號可重複使用火箭動力系統關鍵技術。

成功驗證重複使用火箭發動機搖擺 + 冷氣姿控 RCS + 柵格舵的聯合控制方法,進一步驗證火箭在高空高速大動壓狀態下的精準制導與控制算法,為朱雀三號可重複使用火箭制導控制關鍵技術的研究和驗證提供了重要數據支撐。

通過對試驗箭在第一次飛行之後狀態復檢和本次飛行試驗的圓滿成功,實際驗證了不鏽鋼箭體結構、發動機和箭載航電設備等在重複使用條件下的性能表現,積累了關於可重複使用火箭檢查、維護方面的充分經驗,對提高朱雀三號可靠性和復飛效率具有重要意義。

本次試驗嚴格按照公司質量管理體系及試驗安全管理要求,開展了全面的風險辨識和管控,組織了專項覆核復算和過程評審,制定了完善任務操作規程和應急處置預案,確保了試驗的圓滿成功。通過兩次垂直起降回收試驗,型號團隊成功驗證了多項重複使用火箭關鍵技術,為將來朱雀三號的首飛及回收奠定了堅實基礎。

參考文獻