本報記者 付毅飛 我國商業(yè)火箭公司翎客航天4月2日宣稱,其研制的RLV-T5可回收火箭,于3月27日完成首次低空飛行回收試驗。 據(jù)介紹,在位于山東龍口的試驗場里,該火箭在六級大風(fēng)中飛行至20米高,懸停近10秒,之后垂直下降,落在著陸場中心。 說起火箭垂直回收,一定有很多人第一時間想到美國SpaceX公司的獵鷹九號。當(dāng)然,獵鷹九號的成功并非一蹴而就。從2012年9月開始,SpaceX公司多次發(fā)射“蚱蜢火箭”開展試驗,最初飛行高度僅2米,一年后則達(dá)到744米,對獵鷹九號回收技術(shù)進(jìn)行了驗證。 與“蚱蜢”相比,“RLV-T5”的技術(shù)含量如何?翎客航天技術(shù)總監(jiān)楚龍飛向科技日報記者表示,目前的RLV-T5火箭與蚱蜢火箭還差得很遠(yuǎn)?!爸辽購膰嵨簧险f,蚱蜢火箭達(dá)到幾十噸量級,我們才1.5噸,僅有它的幾十分之一。”他說。 但RLV-T5火箭有自己的特點,例如其核心控制算法具備一定創(chuàng)新性。楚龍飛說,火箭在回收過程中,每秒要消耗幾十公斤推進(jìn)劑,質(zhì)量在隨時變化,要想保持穩(wěn)定,發(fā)動機的矢量推力、噴口擺動都需要高頻運算,大約每秒要運算200次。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)理念過去大多用于寫論文、做研究,很少用于工程,而翎客航天將其用在了火箭上。經(jīng)過多次飛行試驗表明,該技術(shù)與其他火箭普遍采用的PID控制相比,在控制效果、抗干擾能力、參數(shù)調(diào)節(jié)設(shè)計、故障應(yīng)對等方面均有優(yōu)勢。 如果說發(fā)動機等硬件更新迭代需要重新研制,控制算法軟件則有更強適應(yīng)性?!敖?jīng)過前期仿真、測試后,我們已經(jīng)把這種算法打包成模塊,將來通過不斷調(diào)整優(yōu)化,將在后續(xù)型號上傳承?!背堬w說。 RLV-T5火箭的未來使命,是開展公里級的回收技術(shù)驗證。楚龍飛表示,從數(shù)十米到1公里,技術(shù)跨越并不大,因為火箭是先自由下落,接近地面再點火反推減速;但距離真正的運載火箭一子級回收,卻隔著多個技術(shù)坎。他說,運載火箭的一子級不會入軌,回收難度與亞軌道火箭相當(dāng),但其高度達(dá)到數(shù)十公里,速度也有4倍音速左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出公里級回收試驗范圍,由此帶來的許多技術(shù)尚待攻克或驗證。 例如火箭一級在自由下落階段,雖然發(fā)動機沒有點火,但需要借助其頂部的柵格舵實施氣動減速和調(diào)姿,這項技術(shù)要在高空高速條件下試驗。又如發(fā)動機下落時一直保持噴管向下的姿態(tài),空氣不斷灌入噴管,要保證發(fā)動機能按指令啟動,需要攻克高空超聲速點火相關(guān)技術(shù)。 雖然前路漫漫,翎客航天通過此前的試驗也取得了一定的技術(shù)儲備。2018年1月,該公司的RLV-T3火箭實現(xiàn)了低空回收及平移,2019年1月,RLV-T5火箭完成首次懸停飛行試驗,此項試驗后來又開展多次,積累了數(shù)據(jù)?!皬腞LV-T3到T5,實現(xiàn)了從單臺發(fā)動機到多臺發(fā)動機并聯(lián)的提升?!背堬w說。 獵鷹九號火箭一級有9臺發(fā)動機,而RLV-T5火箭采用5臺發(fā)動機呈“十”字布局的構(gòu)型。多臺發(fā)動機并聯(lián)會帶來一些共性問題,例如推力不對稱或點火時序不同步,火箭就可能歪倒。楚龍飛介紹,此前的懸停試驗中驗證了各種嚴(yán)酷情況,即使在4個方向上的某一臺發(fā)動機關(guān)閉,依靠中心發(fā)動機的偏轉(zhuǎn)、調(diào)流,也能控制火箭平穩(wěn)降落。 目前,翎客航天正在開展小型可回收運載火箭新航線一號的研制,計劃在2021年前后首飛。相比RLV-T5火箭,新航線一號會采用推力更大的發(fā)動機,但將傳承目前的控制算法及發(fā)動機布局等。 不過,掌握回收技術(shù)只是火箭重復(fù)使用的前提,發(fā)動機復(fù)用次數(shù)、檢測維修費用都將影響到最終成本。記者了解到,從美國航天飛機到獵鷹九號火箭,均提出過發(fā)動機復(fù)用次數(shù)指標(biāo);正在開展重復(fù)使用火箭及航天器研究的中國航天科技集團,也在對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行探索。而楚龍飛坦陳,翎客航天尚未刻意強調(diào)這一問題,下一步將探索的模式,也會跟傳統(tǒng)方式不同。 他表示,RLV-T5火箭發(fā)動機用的是液氧乙醇推進(jìn)劑,不存在積炭問題,無需維護(hù)就能多次點火。該公司未來火箭的發(fā)動機將采用甲烷燃料,相比液氧煤油,積碳問題也會好很多,其通過簡單維護(hù)、清洗,具備一定重復(fù)使用能力。“我們不會坐等標(biāo)準(zhǔn)定下來再行動,而會在有一定把握的前提下,冒一些風(fēng)險進(jìn)行探索。例如每次回收后評估火箭情況,決定是否繼續(xù)使用。SpaceX其實也是這樣?!背堬w說,“通過這種走一步看一步的過程積累數(shù)據(jù),發(fā)動機工況的界限會逐漸清晰,我們就能據(jù)此優(yōu)化流程?!?/p>
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