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形形色色的垂直起降火箭-中国科普网

时间:2020-05-20 22:28:22 点击:

  核心提示: 在人类向太空进军的历程中,涌现出了各种各样的火箭,目前使用最多的就是我们通??吹降睦嗨朴凇氨矢恕毙巫吹囊淮涡允褂迷嗽鼗鸺?。但其实,从20世纪60年代初开始,航天先驱们为了减少发射费用,...

欧洲杯赛事大全 www.tekrardusun.com 在人类向太空进军的历程中,涌现出了各种各样的火箭,目前使用最多的就是我们通??吹降睦嗨朴凇氨矢恕毙巫吹囊淮涡允褂迷嗽鼗鸺?。但其实,从20世纪60年代初开始,航天先驱们为了减少发射费用,还提出过形式多样的重复使用火箭,其中一种就是垂直起飞、垂直着陆(VTVL,Vertical TakeOff Vertical Landing)的火箭。下面是从1960年代至今的一些典型VTVL火箭。

BATA火箭

1969年,德国人Dietrich Koelle设计了一型可重复使用的单级入轨垂直起降火箭,称为BETA。这个犹如倒置陀螺的锥形飞行器装有6个着陆支腿,可用于起飞和着陆时的支撑,并在底部安装了总共12台发动机。从轨道再入返回时底部朝前,利用气动阻力和发动机反推来实现减速和安全降落到地面上。这种飞行更类似于自由落体,飞行轨迹较陡,机动能力较弱,这也是初期VTVL火箭概念的普遍特征。

Phoenix火箭

1980年代,美国人Gary Hudson和Maxwell Hunter为了吸引投资并开拓商业市场,设计了Phoenix系列单级入轨火箭,主要包括Phoenix C(用于货运)和Phoenix E(用于深空探测),除了用于近地轨道运输外,还可以作为火星或月球着陆器,探测和开发火星和月球资源。Phoenix系列火箭外形和飞行过程与BETA火箭类似,但底部安装了24台发动机,在其中7台发动机发生故障的情况下仍然能够安全返回。

德尔它快帆

20世纪90年代,麦道公司(McDonnell Douglas,现已并入波音公司)根据美国国防部的需求研究了一款单级入轨飞行器,取名为德尔它快帆,并生产了1:3缩比试验飞行器DC-X/DC-XA,开展了总计9次飞行试验,验证了起飞、悬停、机动、着陆等性能。这也是垂直起降火箭的首次研制和飞行试验。与BETA和Phoenix不同的是,德尔它快帆是个四面椎体,在底部安装了几片襟翼,且从轨道再入返回时是头部朝前,这样就像天空中的鹰俯冲下来时利用身体外形和动作来调节升力和飞行方向一样,可以获得更大的机动能力,并实现更加平缓的飞行。当快达到地面时,再将头部抬起,利用尾部的发动机反推来实现缓冲和软着陆。

Falcon9火箭和NewGlenn火箭

论垂直起降最为耀眼的“明星”要数美国SpaceX公司的Falcon9火箭了。该公司从2012年起便开始试验火箭返回和垂直着陆技术,并于2015年12月实现了火箭一子级的首次垂直回收,迄今为止已完成了四十余次回收和三十余次重复使用。多数人认为Falcon9火箭在早期回收试验中借鉴了很多德尔它快帆的东西,不同的是Falcon9火箭采用了底部朝前的再入返回方式,避免了头部朝前方式接近地面时需要抬起头部的技术难题。另一个采用类似技术的火箭是蓝源公司的NewGlenn,但目前还处于研发阶段。

Starship火箭

SpaceX公司还提出了一种可以垂直起降的Starship(星船)火箭,该火箭的再入返回过程与德尔它快帆类似,但由于具有更为明显的翼面和操纵舵面,因而可以提供更大的机动能力,同时,这种设计也可以在返回过程中为乘客提供更为舒适的感官体验。这种火箭借助于助推器可以像飞机航班一样频繁起降,在一小时内将乘客运送到地球上的任意地方,也可以用于未来的载人登陆火星任务。

结  语

VTVL火箭从提出概念到现在,已经实现了工程应用,但仅限于火箭一级的回收和重复使用,一些最新的概念还停留在方案论证或者初期试验阶段,并在不断改进和演变中。这类火箭有很高的着陆精度,不必像带翼的航天飞机那样必须有足够等级的机场跑道实施着陆,也不必像飞船那样通过复杂的降落伞系统进行减速,维护和使用也更加方便,可以预见在不远的将来,必将获得广泛的应用,并催生出新的经济形态。

作者:佚名 来源:中国运载火箭技术研究
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