可重复使用航天运载器及其关键技术探讨

2019hansi

    可重复使用航天运载器(RLV)的概念早在20世纪中叶就提出来了，但由于推进、材料、制造、回收等技术的限制，到目前为止还没有研制出完全可重复使用的航天运载器。航天飞机是第一代可重复使用运载器，虽然大体可以实现无损以及定点回收，但每次回收后的维修以及测试都需要耗费庞大的人力以及物力，并没有实现能够降低运载费用的初衷。
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. f0 L% S( C3 A" C# @    可重复使用航天运载器是目前航天运载器发展的一个研究热点。在汉斯出版社《国际航空航天科学》期刊中有论文首先简要介绍了可重复使用航天运载器的发展概况，然后将部分可重复使用运载器按照垂直起飞水平着陆、垂直起降两类，将完全可重复使用运载器按照组合动力重复使用运载器、升力式火箭动力可重复使用运载器两类，分别从结构设计、动力设计、防热设计和飞行控制设计等方面分析了其关键技术，最后对未来可重复使用航天运载器的发展提出了设想。

    可重复使用航天运载器技术是一门正在迅速发展的高技术，它是人类对太空不断探索的智慧结晶，它的研制涉及的关键技术有很多，而且有些问题有其特定的先进性和复杂性，很难确定未来的可重复使用航天运载器一定是何种形式。现就未来最有可能实际应用的可重复使用航天运载器提出如下设想：
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% g" T4 Y0 n3 ]+ F0 X& y5 c% ^    采用升力体结构外形，多种减速方式相结合。升力体结构外形具有高容积效率和较低后机身阻力的特点，气动稳定性和空气热动力性也很好，可以大幅度降低再入返回速度从而使得再入返回热环境大幅度改善，主发动机工作时间可大幅缩短，更有可能实现低成本目标。

9 h0 _6 K$ b9 }! p1 K    推进系统当前倾向于采用直排式塞式喷管发动机或三组元发动机。直排式塞式喷管发动机性能高，可以充分配合升力体外形，是RLV比较理想的推进系统。塞式喷管的矩形结构，可以实现发动机与运载器机体的一体化设计，降低系统重量，减少飞行阻力。三组元发动机的特点是采用两种燃料、一种氧化剂，所以又称为双燃料发动机。在相同的室压条件下，三组元发动机的结构质量比氢/氧发动机低10%~25%。此外少量液氢(推进剂总流量的6%)的加入，不仅可以提高冷却性能，允许更高的燃烧室压力，也可以改善燃烧稳定性。
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    可重复使用运载器采用两级并联，依次回收。相比于单级入轨，采用两级并联的形式，是近期最有可能出现的可重复使用运载器构型。在发射场垂直发射，一、二级均可采用升力体构型，一级背驼二级在完成各自任务后依次水平降落至指定着陆场，也可以仅一级采用升力式构型，背驼一次性运载火箭二级形成有效载荷快速、低成本入轨能力。


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