欧洲可重复使用运载器发展综述
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欧洲航天飞机业已成型作者:来源:《工业设计》2013年第02期英国Reaction Engines Ltd公司的研究员们已经设计出了一款可重复使用的无人驾驶航天飞机,该款航天飞机能够像普通飞机一样起飞,负载15吨货物飞入低轨道,在低轨道上将货物发射或卸载,然后再返回地球并降落在飞机跑道上。
此外,这款被叫做云霄塔(Skylon)的航天飞机,在返回后还能马上被用到下一次的飞行任务中。
云霄塔能够重复使用的关键是它有两个Sabre引擎(一种新型的飞机引擎)。
当这种略呈弯曲状的引擎在离地大约15英里的高空中将飞机从起飞状态(速度为0)加速到5倍音速(马赫数)时,引擎同时会将空气吸入进来。
这样初始阶段燃烧的氧气就直接来源于周围的空气,因而云霄塔附带的液态氧气重量就减少了250吨,这样既减轻了起飞重量又减少了机内携带的氧气体积。
云霄塔是一种可重复使用的无人驾驶航天飞机,它由欧洲Reactions Engines Ltd公司设计。
如果一切进展顺利,云霄塔能够一直服役到2020年。
引擎的热交换器(也称作预冷却器)在第一阶段起着关键性作用。
它们可以在高达5倍音速(马赫数)的速度下,用不到0.01秒的时间将吸入的空气从1,800°F(华氏温度)降到 -238°F。
而且即使在如此寒冷的温度下也不会结霜。
这就意味着热交换器要转移400兆瓦的热能量并且交换器的重量不能超过1.25吨。
热交换器有两个作用。
一个是将吸入的空气冷却。
这样空气在进入燃烧室之前就能被压缩。
由于预先将吸入的空气冷却,Reaction Engines公司的工程师们无需改变压缩机和涡轮机的大小也可以防止因高温造成的金属融化。
另一个,是预冷却器(也称为热交换器)加热氦气。
氦气用于推进燃料泵和其他引擎机械。
云霄塔将携带两个Sabre引擎,它们会在高达5倍音速(马赫数)的速度下将氧气从大气中抽取出来。
但是当海拔更高时,它们将转换成火箭模式,使用储存在飞机上的液态氧。
可重复使用火箭技术的发展与应用火箭技术作为一种重要的航空航天技术,一直以来都备受关注。
随着科技的不断进步,可重复使用火箭技术正在逐渐走入人们的视野,成为当前航空航天领域研究的重要方向。
本文将从可重复使用火箭技术的发展历程、技术实现、应用前景等几个方面来探讨这一话题。
一、可重复使用火箭技术的发展历程1960年代,美国开始了一项名为“Space Shuttle”的计划,旨在研制一种可重复使用的航天飞机。
这种航天飞机能够将奔向太空的火箭的加速器送至高空,然后安全返回地球。
Space Shuttle于1981年进行了首次试飞,总共进行了135次飞行,直到2011年退役。
随着Space Shuttle计划的实施,可重复使用火箭技术得到了突破性的进展。
同时,人们也认识到这种技术的重要性:这种技术不仅可以大幅降低航天的成本,还能够实现快速重复使用,提高了航天效率。
二、可重复使用火箭技术的技术实现可重复使用火箭技术的实现,需要克服很多技术上的难题。
比如,如何在飞行过程中保证火箭壳体的完整性,如何提高火箭发动机的可靠性等等。
目前,主要有两种可重复使用火箭技术的实现方式:一种是再入技术,即火箭在完成任务后再次进入大气层并着陆;另一种是垂直着陆技术,即火箭竖直降落并着陆。
这两种技术各有优劣,需要根据实际情况选择。
在实践中,可重复使用火箭技术的研发单位需要进行大量的试验和模拟,以验证技术实现的可行性。
同时还需要制定详细的技术规范和飞行安全标准,确保火箭飞行的安全性和可靠性。
三、可重复使用火箭技术的应用前景随着可重复使用火箭技术的不断进步,其在航空航天领域的应用前景变得越来越广阔。
这种技术可以用于国防、科学研究、卫星发射等方面,同时也可以应用于商业航天领域。
在商业领域,可重复使用火箭技术的应用将大大降低航天公司的成本,同时也可以加强公司在市场上的竞争力。
特别是近年来,航空市场的崛起和竞争日益激烈,可重复使用火箭技术的应用,将为企业提供重要的技术支持和开拓市场的优势。
2010年第6期 导 弹 与 航 天 运 载 技 术 No.6 2010 总第310期 MISSILES AND SPACE VEHICLESSum No.310收稿日期:2009-12-16;修回日期:2010-02-04作者简介:康开华(1977-),男,工程师,主要从事航天科技信息研究工作文章编号:1004-7182(2010)06-0053-04英国未来的SKYLON 可重复使用运载器康开华,丁文华(北京航天长征科技信息研究所,北京,100076)摘要:SKYLON是英国20世纪90年代提出的一种采用涡轮火箭发动机为动力的水平起降、单级入轨运载器,其新颖的轻质结构设计是在吸取了HOTOL 可重复使用运载器的经验教训基础上完成的。
详述SKYLON 的设计方案和采用的“佩刀”(SARBE )发动机方案。
关键词:重复使用运载器;SKYLON ;“佩刀”发动机 中图分类号:V475 文献标识码:ABritish Future SKYLON Reusable Launch VehicleKang Kaihua, Ding Wenhua(Beijing Aerospace Long March Scientific and Technical Information Institute, Beijing, 100076)Abstract: SKYLON is a British single-stage-to-orbit fully reusable spaceplane. It is based on SABRE, a hybrid airbreathing/rocket engine, which allows conventional aircraft-like horizontal takeoff and landing. The design work started in 1990s on the basis of the design of HOTOL. In this paper, the SKYLON design concept and its SABRE are given in detail.Key Words: Reusable launch vehicle; SKYLON; SABRE0 概 述SKYLON 可重复使用运载器的设计目的主要是降低进入空间的成本。
可重复使用火箭技术的发展前景可重复使用火箭技术是一项创新性技术,是指在进行一次太空发射任务后,可以回收核心级火箭并进行修复和维护,以便于下次发射任务。
相比传统的一次性火箭发射,可重复使用火箭技术不仅可以大幅降低太空发射成本,还可以提高太空探索的效率和可持续性。
目前,随着科技的不断进步,可重复使用火箭技术的发展前景也越来越广阔。
一、可重复使用火箭技术的优势1.降低太空发射成本用传统的一次性火箭发射卫星需要十分巨大的费用,比如美国的猎鹰9号火箭,每次发射的成本约为6000万美元。
而可重复使用火箭技术则可以显著降低这一费用。
例如SpaceX的猎鹰9号火箭可多次使用,所以通过更改火箭的燃料和增加燃料箱数量,能够使一架猎鹰9火箭能够多次被使用,大大降低了发射成本。
2.提高发射效率传统的一次性火箭发射,对于每个任务都需要额外的火箭构件来保证飞行。
然而,可重复使用火箭技术可以通过简化发射流程,节省了时间和资源,从而提高了任务发射的效率。
同时,可重复使用火箭技术可以让火箭回收再使用,减少了一些火箭推进器的损坏,提高了火箭的可持续性。
3.开拓太空发射商业化市场传统的一次性火箭发射,往往只是在一些政府间的太空合作中使用。
但随着可重复使用火箭技术的广泛应用,很多企业也可以使用这一技术,进行商业开发,如通过卫星设施进行互联网通信等。
这无疑可以创造更多的商业机会,开拓更广泛的市场。
二、可重复使用火箭技术的发展前景1.降低发射成本可重复使用火箭技术已经在很多太空航空组织中获得广泛应用,其在提高太空发射效率的同时,也成功的降低了太空发射的成本。
例如,SpaceX已经成功实现了良好的商业应用,由于可重复使用火箭技术的出现,让其更容易实现经济化。
2.节省时间和资源可重复使用火箭技术,不仅减少了发射时对燃料和火箭构件的消耗,也通过提高发射效率,降低了发射的时间和成本。
这让太空航空组织更加专注于研究和开发其他关键技术,从而推动整个太空行业的进步。
可重复使用火箭技术的发展前景随着科技的进步,火箭技术的可重复使用性已经成为现代航天领域的研究热点。
可重复使用火箭技术的发展前景广阔,将对航天事业产生深远的影响。
本文将讨论可重复使用火箭技术的发展前景,并阐述其在航天领域的重要性。
首先,可重复使用火箭技术的发展有助于降低航天成本。
传统的一次性火箭发射后通常会彻底损毁,需要重新制造新的火箭。
而可重复使用火箭则可以多次使用,节约了制造新火箭的成本。
此外,可重复使用火箭的维护和检修成本也相对较低,节约了航天器的运营成本。
降低航天成本将使航天活动更加可行,为未来的太空探索和发展提供了更多的机会。
其次,可重复使用火箭技术有助于提高航天器的整体利用率。
传统的一次性火箭只能在发射过程中发挥功用,而可重复使用火箭则可以多次使用,使得航天器的利用效率大大提高。
这使得航天器能够更加高效地执行不同的任务,减少了航天器的闲置时间,提高了科研和商业利益的回报。
由于可重复使用火箭技术的进步,航天器的整体利用率将得到显著提升。
此外,可重复使用火箭技术的发展对于太空旅游和商业航天的发展也具有重要的意义。
可重复使用火箭使得太空旅游成为现实,让更多的人有机会亲身体验太空探索的魅力。
商业航天公司也可以通过使用可重复使用火箭技术降低运营成本,推动商业航天的发展。
这将促进航天技术的普及和商业化程度的提高,进一步推动航天事业的发展。
此外,可重复使用火箭技术的应用范围正在不断扩大。
随着技术的进步,可重复使用火箭技术不仅适用于传统的火箭载荷,还可以用于星际航行、深空探测等更远的航天任务。
可重复使用火箭技术的发展将打开更广阔的航天领域,为人类对宇宙的进一步探索提供了更多的可能性。
总之,可重复使用火箭技术的发展前景广阔,将对航天事业产生深远影响。
降低航天成本、提高航天器的利用率、推动太空旅游和商业航天的发展,以及拓宽航天应用的范围,这些都是可重复使用火箭技术发展前景的重要方面。
相信随着技术的进步和实践的不断积累,可重复使用火箭技术将在未来的航天事业中发挥重要作用,推动人类对宇宙的探索和利用。
火箭技术的进展实现可重复使用的火箭发射火箭技术的进展:实现可重复使用的火箭发射火箭技术一直以来都扮演着航天事业中的重要角色,并且伴随着科技的发展不断取得突破性的进展。
其中一个最重要的领域就是实现可重复使用的火箭发射技术。
本文将探讨这一领域的发展和对航天事业的重要意义。
一、引言随着对外层空间的探索日益深入,传统的一次性火箭发射方式逐渐显露出一些问题。
不仅发射成本高昂,而且由于大量的航天废弃物对环境造成了严重的污染。
因此,实现可重复使用的火箭发射技术成为了航天科技的重大挑战。
二、可重复使用火箭的背景可重复使用火箭发射技术,顾名思义就是可以多次使用的火箭。
1990年代末,随着航天技术的日益成熟,美国和俄罗斯纷纷开始对可重复使用火箭的研究。
随后,SpaceX等一些私营企业也加入到这一领域的研发,各国政府和企业共同推动着这一技术的进展。
三、可重复使用火箭的原理可重复使用火箭的原理主要包括两个方面,一是火箭的回收和再利用,二是火箭的快速再装配。
1. 火箭的回收和再利用传统的一次性火箭在完成任务后会变成航天废弃物。
而可重复使用火箭通过提供附加的推进装置和翼面,使得火箭在完成任务后能够自主返回地球。
这一技术要求火箭具备足够的精准控制能力,以及可以承受再入大气层和高温的耐受性。
回收后的火箭可以通过简单的检修和维护,再次用于后续的任务,从而大大降低了发射成本。
2. 火箭的快速再装配可重复使用火箭的快速再装配技术是指在火箭返回后,尽快将其进行拆卸和检修,并进行必要的更换和加强工作,以便快速地再次装配为可用状态。
这一技术要求对火箭进行精细化设计,使得各个部件能够方便拆卸和更换,并确保整个装配过程的效率和安全性。
四、可重复使用火箭的意义实现可重复使用的火箭发射技术具有重要的意义,既有经济上的利益,也有科学研究和环境保护方面的利益。
1. 经济利益传统的一次性火箭发射成本高昂,可重复使用火箭的问世将大幅降低发射成本。
火箭的回收和再利用意味着不再需要每次都重新制造新的火箭,节约了大量的资源和人力成本。
航展有新知丨可以重复使用的火箭,你见过吗?
1、重复使用的火箭是什么?
这里讨论的是可重复使用的火箭,也称为可回收运载火箭,即可以从一个安全的地面发射垫(相当于能够多次使用的飞机)重新发射、重复使用的火箭。
2、可重复使用的火箭的优点有哪些?
(1)它能更有效地利用资源、精力和财力;
(2)它可以有效地减少对燃料的消耗;
(3)它也有利于减少污染,有助于保护环境;
(4)它还可以为未来的宇宙航行提供更多的方便和可靠的保障。
3、重复使用的火箭的发展历程
实际上,重复使用的火箭在世界航空发射历史上已经是一种普遍现象了,其发展历程可以追溯到20世纪初,但实际应用普遍只能从1970年代才开始。
此后,美国、俄罗斯和中国以及欧洲都建立了可重复使用系统,代表作品有美国的太空猫、俄罗斯的、以及欧洲的火神。
4、近期可重复使用的火箭
近期可重复使用火箭发展十分迅速,目前市场上火箭种类繁多,如SpaceX的猎鹰9火箭,伊隆·马斯克的“一号火箭”,阿波罗火箭,以及国家航天局的太空梭等。
5、可重复使用火箭的发展前景
可重复使用火箭已经在国际航天航空社会获得了广泛应用,其未来发展前景一片光明。
根据统计,在去年的计划外航天任务中,可重复使用火箭的使用占比就已经达到了85.2%,并且火箭的发射频率还在持续上升,而且发射造价也在不断降低。
因此,可重复使用火箭的未来应用将广受全球航空社会的重视。
欧洲发展综述
欧洲目前设想的可复用运载器方案主要有三种:(1)可复用第一级方案:在高超音速低马赫数下与一次性使用主芯级分离,垂直起飞,水平降落;(2)亚轨道方案,如“跳虫”方案,可水平起降,在大气层外发射一次性使用的上面级;(3)两级入轨方案,两级均可重复使用,垂直发射,水平降落。
一、可复用第一级方案
正在研究的可复用第一级构型有两种,即作为阿里安" 一次性运载火箭的可复用液体回飞式助推器LFBB和作为中小型一次性运载器的第一级。
在这两种情况下,可复用第一级都将在高超音速低马赫数范围内进行分离,然后采用喷气动力返回降落。
(1)液体回飞式助推器
(2)真正的可复用第一级
二、亚轨道方案
“跳虫”是亚轨道方案中最具潜力的一种。
它水平起飞后,在大气层外的亚轨道环境下弹射出一个上面级。
上面级携带7.5吨有效载荷进入静地转移轨道,而“跳虫”本身则再入返回,在下靶场着陆场的跑道上降落。
由于是在亚轨道条件下分离,所以“跳虫”这一级承受的热载要比两级入轨运载器的轨道级低。
“跳虫”是一种重500吨、长50米的有翼飞行器.它在库鲁航天中心由4千米长的轨道引导,在磁性推进橇车上水平发射升空,按亚轨道轨迹飞行到130千米高度,以高亚轨道速度进行级间分离,然后释放一次性使用上面级,将有效载荷推入最终轨道。
最后,它在下降后自动着陆,并重新转运回发射场。
该可复用运载器的货物为有效载荷和一次性使用上面级。
采用水平起飞方式旨在提高安全性,降低推进要求,减少主发动机数目、质量和成本等等。
在大气层上方以高的亚轨道速度进行级间分离,可仅用一个标准化的上面级来完成所有飞行任务。
“跳虫”采用低温上面级,每年可发射10-20次,其中90%发向静地转移轨道。
三、两级入轨方案
两级入轨方案由助推器和轨道器组成。
助推器将在3-9马赫之间分离。
两级均可返回发射场,其中助推器是沿滑翔轨迹降落,而轨道器则直接从低轨再入后着陆。
两级入轨方案采用垂直
起飞和水平降落方式,能将7.5吨有效载荷送入静地转移轨道。
四、具体型号:
1“凤凰”1
“凤凰”1是欧洲研制可复用运载器试验飞行器的第一步,其目的是验证有翼可复用运载器的自动着陆能力,因而也是降低试验飞行器和未来可复用运载器风险的一个关键步骤。
“凤凰”1是“跳虫”的缩比模型,长6.9米,翼展3.84米,总质量为1.2吨。
该无人试验飞行器具有“跳虫”的高阻力气动外形。
它不携带推进系统,而是由飞机从3.5千米高空投放,并迅速下降,然后进行机动飞行,自动在跑道上着陆,以验证进场与着陆特性。
“凤凰”1 的构型特色是高阻力外形,翼展和水平尾翼较小,且重心后置。
这种设计特性对降落阶段的技术要求有如下影响:1)升阻比低,进场路线陡直;2)升力低,着陆速度高65-73米/秒;3)翼展小,对横滚敏感;4)重心位置靠后,静安定性裕度小。
“预先”X
可复用X飞行器是欧洲研制试验飞行器的第二步,其目的是验证高超音速火箭推进飞行器的可重复使用性能、维护性能和地面操作。
其中,“预先”X是第一代试验飞行器,也将是欧洲第一架高超音速滑翔机。
在FLPP计划中,“预先”X是“过渡试验飞行器”IXV的候选方案,其目的是快速获得飞行试验结果,以证实和校准尚未在典型环境中试验过的工具、设备、设计和技术解
决方案。
它由欧洲航空防务航天公司提出。
第二代即为X飞行器,分为两类。
第一类可能是一个能够涵盖包括着陆阶段在内的整个飞行范围并能再飞一次的再入有翼飞行器。
第二类可能是一个将飞到6-8马赫并能重复使用几次的自推进有翼飞行器。
“预先”X的基本方案是一个在再入期间能实现自动控制的升力飞行器。
它将由俄罗斯运载火箭呼啸号或第聂伯号) 发射,伞降回收。
现行“预先”X 的方案是:1)质量约为1.6吨;2)长4米,宽2米,头锥半径0.65米;3)再入期间由反推控制系统RCS和气动控制面控制。
3 ) “凤凰”2
“凤凰”2是作为一种缩比火箭推进实验飞行器提出来的,用于验证可复用运载器的重复飞行操作。
在FLPP计划下,“凤凰”2拟发展为“苏格拉底”运载器。
初步系统方案论证对两种不同形状、推进剂方案(煤油和氢)以及三种发射模式(垂直、水平和空射)进行了比较研究。
三角形的机身源自“凤凰”1的外形,而U形机身则源自欧空局“未来欧洲航天运输研究计划”(FESTIP)所确定的“欧洲实验性试验飞行器”(EXTV) 的外形。
“凤凰”2总长9-12米(具体取决于构型) ,翼展5.6-7.7米,起飞质量12.5-14吨。
采用地面发射方式时,它的最大马赫数在6-7之间。
如从亚音速载机上进行空中发射,最大马赫数将达9.4。
4) ARES-H
该项目由工业界出资,于1998年开始实施。
它充分利用了“使神号”、“塔拉尼斯”和“大气再入验证器”等早先计划的成果。
在FLPP计划下,它拟发展为“大力士”运载器。
ARES-H 为带翼体,长6米,翼展3.2米,将反映出实用轨道器除主推进分系统外的所有特征,如带翼的气动外形等。
反推控制和飞行控制等分系统和电子设备将来自现行计划,如阿里安或以前的可复用运载器试验飞行器。
主结构由铝肋板和铝骨架组成。
ARES-H是一种再入空间滑翔机,有望对从轨道速度下降到在普通混凝土跑道上着陆所需的亚音速的完整飞行路线进行试验。
它将证明欧洲已掌握了由轨道下降到着陆前的最后机动所需的滑翔再入技术。
ARES-H的总体气动外形必须满足与双级入轨运载器的轨道器在混凝土跑道上进行常规水平降落相关的主要参数要求,翼展: 直径比、长径比和重心位置等都需满足实用飞行器的一般要求。