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美国民营航天企业可回收运载火箭项目概述

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今年1月22日,即在首次飞行的60天后,新谢泼德号在第3次试飞中离地最高点达到了101.7km,并再次成功在地面着陆,从而成为了两次成功实现软着陆并回收的同一枚运载火箭,同时也成为首枚连续两次超越卡门线又垂直降落地表的火箭。卡门线位于海拔高度100km处,是太空与地球大气层的分界线。这也意味着,在运载火箭回收技术方面,蓝色起源公司似乎比SpaceX公司研制进度更快。

新谢泼德号在再次发射升空前,蓝色起源公司需要对运载火箭进行一系列的维护工作。如在这次发射前,研制团队不仅替换了乘客舱的降落伞,还替换了运载火箭的点火器并升级了软件,同时进行了功能和航空电子检查,以确保运载火箭完全达到了发射状态。

在本次回收中,最主要的是对制导、导航和控制系统软件的更改,在上次回收时,运载火箭是精确地落到降落场的中心位置,而此次回收时,运载火箭先调整到最佳下降姿态,然后在着陆衬垫设定了一个对准位置,所以运载火箭最后可降落到降落场上任何方便的位置,这就像一个飞行员在着陆时只需将一架飞机对准跑道的中心线,即使飞机偏离中心几米,也无须突然转向来确保飞机停留在正中点,完全可以停在偏离中心线向左或向右几米的位置,这就可以减少许多不必要的校正工作。

这次对着陆软件的轻微修改表明,在上次着陆中,装在运载火箭万向支架上的推力矢量系统一直在动态地工作,以保证运载火箭始终要对准接地点,而在这次着陆中,运载火箭完全以一种更“放松”动作,直接就下降到了着陆区,从而不仅增加了安全裕度,也改善了运载火箭应对由低空风引起干扰的能力。

下一步计划

蓝色起源公司表示,今年将继续进行新谢泼德号的发射和着陆试验,直至这枚运载火箭损坏,随后会制造一枚新的运载火箭,预计在2017年正式开始试验人类太空飞行,并会制造新的称为“老大哥”(Very Big Brother)的轨道飞船,虽然它在轨道火箭家族中仍然属于“小个子”,但是还是比新谢泼德号大很多,计划在 2019年首飞。这个计划已经启动了至少3年,蓝色起源公司将在今年晚些时候公布飞船的详细信息。虽然现在新谢泼德号的目的只是探空观光,无法发射飞船入轨,但在年底前也将发射第一个科学有效载荷。

蓝色起源公司现在最重要的研制计划是研制BE-4 发动机,该发动机的研制始于2011年,设计推力为4900kN,是现在使用的BE-3发动机的5倍(SpaceX公司的Merlin发动机的推力只有650kN),设计寿命为至少25次飞行任务,最近已经完成了关键设计审查,整机研制试验将于今年开始,合格性测试预计在明年年底完成。

BE-4发动机之所以如此重要,还因为它可能将作为联合发射同盟(ULA)计划替代宇宙神-5的“火神”(Vulcan)运载火箭的动力,因为目前ULA 使用的大运载火箭型都是俄罗斯的RD-180 发动机,而ULA一直希望能使用美国本土生产的火箭发动机。为此,蓝色起源公司已就BE-4发动机与ULA签订了合同,待BE-4在2017年测试结束以后就会被送到ULA,以便ULA公司集成到“火神”火箭中,为2019年的首次飞行做准备。

根据ULA 的设计,“火神”将由两台BE-4发动机作为动力,能产生9800 kN的推力,足以将5000kg以上的有效载荷送入近地轨道,同时将采用另一种可回收运载火箭的技术。即“火神”像常规运载火箭那样升空,但在释放了有效载荷之后,第一级和第二级分离、并打开可充气的热屏蔽重新进入大气,下降到适当高度后张开降落伞,然后用“支努干”直升机将其吊走回收。

文/Guy Norris 原载于AW&ST 2016-01-27, 编译/徐德康

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