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我国民营航天首次泵压式发动机垂直回收飞行成功,含金量几何

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火箭民企深蓝航天“星云-M”1号试验火箭完成首次垂直起飞和垂直降落(VTVL)自由飞行,实际飞行弹道最高点相对高度近10米,成国内首家成功使用泵压式发动机完成液体火箭垂直回收飞行试验的民营航天企业。
7月底,火箭民企深蓝航天“星云-M”1号试验火箭在陕西铜川深蓝航天试验基地完成首次垂直起飞和垂直降落(VTVL)自由飞行。火箭上安装的单台“雷霆-5”发动机按照预设控制程序精准完成上升段与下降段的实时推力调节,飞行过程中实际推力调节范围为60%-100%。飞行全程箭体姿态稳定受控、着陆平稳,着陆支腿顺利实现着陆缓冲保护的设计目的。着陆后经全箭综合测试,各项技术指标正常,火箭及发动机状态良好,满足再次复飞的指标要求。
“我们回收不是为了做回收而回收,这是我们入轨回收火箭研制的一个部分,相当于它是一个演示或一个验证系统,它是为我们入轨火箭而服务的。”8月3日,深蓝航天CEO霍亮对澎湃新闻(www.thepaper.cn)表示,虽然此次飞行高度不是太高,但这次试验把地面的分解动作在制空时间内一气呵成,是国内首次使用泵压式发动机进行真实的火箭弹道回收,也代表我国商业航天正在快速追赶国际同行。在国内民营航天领域,目前火箭回收技术并没有真正从工程上完全掌握,“但我们很有信心后面会取得一些快速突破。”本次试验所用的“星云-M”1号试验箭经历了三次地面静态点火测试,总计时间超过了130秒 ;“雷霆-5”型发动机在本次飞行前先后参加多次地面点火试车、全箭静态点火测试,同一台发动机累计工作次数超过10次 、累计工作时间超过500s ,基本均为大范围变工况工作状态。
值得注意的是,“雷霆-5”发动机为国内民营航天领域首型针栓式电动泵液氧煤油发动机,使用3D打印技术完成制造,真空推力50kN,通过电动泵可实现50%-110%推力调节,通过针栓式喷注器实现发动机不同工况的稳定工作。本次飞行试验精确完成多次发动机推力大范围调节,实现对箭体上升和下降的控制,发动机全程工作正常。电动泵火箭发动机是指使用电机驱动的燃料泵为发动机供给推进剂的一类发动机。霍亮介绍,与传统其他循环方式的泵压式火箭发动机相比,电动泵压式液体火箭发动机具有结构简单可靠、研发周期短、制造成本低,推力调节灵活等优点。目前国际商业航天领域,美国商业火箭公司Rocket Lab(火箭实验室)主力火箭“电子号”即是使用电动泵发动机作主动力,目前已成功发射十余次。
空气动力学家、航天技术专家黄志澄对澎湃新闻(www.thepaper.cn)表示,深蓝航天的实验“还是相当不错的”,“因为它想综合使用可重复使用火箭上的一些最新技术,当然它的主要回收路子还是走的SpaceX垂直回收的路子。引进像火箭实验室一样的电动泵和3D打印技术,使得火箭更轻、成本更低,这种方向还是值得鼓励的。”
此前,国内首次完成液体火箭垂直回收飞行尝试的是民营航天企业翎客航天RLV系列垂直回收验证机,以挤压式发动机为主动力,于2019年实施多次垂直起降飞行试验。据深蓝航天介绍,挤压式发动机具有结构简单可靠、推力调节实现容易、调节响应速度快等优点,但受限于挤压式推进剂供应系统,在大推力、长时间工作的工况下会导致推进剂供应系统结构重量增加。
泵压式发动机的结构相对复杂,实现推力可控调节的难度大,调节响应相对缓慢,但更适应大推力、长时间工作的工况,可有效降低运载火箭的推重比,主要应用在运载火箭的主动力发动机上,是国际现役运载火箭主要使用的发动机类型。
霍亮介绍,本次试验后,除对试验数据完善分析,“星云-M”火箭2号试验样机正在深蓝航天江苏南通总装厂房内总装和测试,深蓝航天计划今年内陆续实施百米级低空飞行和高空垂直起降回收飞行试验。此外,“星云-1”入轨火箭已在去年完成一子级箭体结构样机生产和强度测试,轨道级发射及垂直回收试验也将按计划逐步实施,“入轨实际上是我们现在非常重要的一个主业目标,我们期望在2022年底使我们的火箭具备入轨的飞行条件。”

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