CN112977886A - 一种端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，包括一级箭体和火箭套罩，火箭套罩包括筒罩、端罩壳段和端罩，筒罩设置于一级箭体的前端，筒罩内用于放置亚轨道载荷，筒罩的底部设置适配载荷支座，筒罩的内壁上设置滑轨组合，适配载荷支座上设置用于锁定亚轨道载荷的电控锁紧装置，滑轨组合与亚轨道载荷滑动配合连接；端罩壳段设置于筒罩的前端，端罩设置于端罩壳段的前端，端罩由与端罩壳段铰接的多瓣组成，多瓣端罩合拢后为半球状，通过端罩作动器控制端罩的开合；端罩壳段的内壁前端还设置有反推火箭；本发明公开了一种端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，能够100％整体回收，检测评定后可重复使用，复用价值更高。

Description

一种端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭

技术领域

本发明涉及航天火箭技术领域，特别是涉及一种端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭。

背景技术

随着国内外航天领域的不断发展，如何降低航天发射费用是整个航天产业面临的主要挑战之一，商业航天的发展对低成本发射和低成本火箭提出了更高的要求！尤其是对于一些低空高速飞行试验发射，实现运载器及其有效载荷的回收和重复使用是降低成本的重要措施。上世纪中开始，世界各航天大国持续开展可重复使用航天运输系统的研究和试验。从构型技术特点上看，可重复使用运载器可以分为水平回收重复使用运载器和垂直回收重复使用运载火箭两大类。开展垂直回收重复使用运载火箭研究的前提是开展运载火箭子级回收技术研究，例如SpaceX公司的“猎鹰-9R”火箭，采用了垂直返回的方式；俄罗斯提出的“贝加尔号”助推器也采用了带翼飞回式。航天飞机是采用水平滑跑回收的水平回收方式。SpaceX公司的“猎鹰”火箭整流罩分瓣采用降落伞海上回收，是卫星、飞船降落伞回收之后新的应用。

现有技术缺点：

目前，SpaceX公司的“猎鹰-9R”和蓝色起源的火箭实现了第一级火箭回收；“猎鹰-9R”整流罩抛罩后分两瓣分别回收，主要采用降落伞海上回收；第二级以上火箭没实现回收。

国内的运载火箭还没有实现回收，火箭的发射费用高于SpaceX公司的火箭发射费用。

综上，提供一种端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，以解决上述现有技术存在的问题，能够100％整体回收，检测评定后可重复使用，复用价值更高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，包括一级箭体和火箭套罩，所述火箭套罩包括筒罩、端罩壳段和端罩，所述筒罩设置于所述一级箭体的前端，所述筒罩内用于放置亚轨道载荷，所述筒罩的底部设置适配载荷支座，所述筒罩的内壁上设置滑轨组合，所述适配载荷支座上设置用于锁定亚轨道载荷的电控锁紧装置，所述滑轨组合与亚轨道载荷滑动配合连接；所述端罩壳段设置于所述筒罩的前端，所述端罩设置于所述端罩壳段的前端，所述端罩由与所述端罩壳段铰接的多瓣组成，多瓣端罩合拢后为半球状，各瓣端罩的内侧通过端罩作动器与所述端罩壳段连接，通过所述端罩作动器控制所述端罩的开合；所述端罩壳段的内壁前端还设置有反推火箭，所述反推火箭的推力方向与一级箭体的动力方向相反。

优选地，所述一级箭体包括一级动力、输送系统、增压系统、一级动力舱、发动机罩、一级Y箱、一级R箱和回收着陆支架。

优选地，所述亚轨道载荷包括低轨二级火箭+卫星或高轨道二三级火箭+卫星或空天试验装备或空天旅游舱等或货物运输舱。

优选地，所述筒罩采用铝合金蒙皮或碳纤维复合材料或玻璃钢制成。

优选地，所述滑轨组合由多条周向分布的钛合金滑轨或铝合金滑轨构成。

优选地，所述端罩由2-8瓣组成。

优选地，所述端罩上设置有可翻转格栅。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，可100％整体回收，检测评定后可重复使用，复用价值更高。

2、端罩壳段组合、筒罩滑轨组合和一级箭体整体回收，避免整流罩分瓣海上回收或降落伞回收所需跟踪、监测、回收船回收所带来的大量人力和物力消耗。

3、能够有效降低发射成本，预计：一级亚轨道载荷发射成本降低70％，二级低轨道载荷发射成本降低50％，三级高轨道载荷发射成本降低30％。

4、亚轨道运载火箭的重复使用，可大大缩短低轨道、高轨道火箭研制和发射周期。利用亚轨道运载火箭做一级，研制二级或三级火箭，研制周期将缩短50％以上。

5、亚轨道运载火箭的发射，能够提供地面发射、飞行及亚轨飞行的试验环境，可为15t以内的空天产品的研制提供真实状态的环境试验及其试验服务。运载火箭发射费用的降低，为洲际运输、太空旅游、太空试验及太空产业和太空经济发展奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭的整体结构示意图；

图2为本发明中端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭的筒罩内部结构示意图；

图3为本发明中火箭地面发射及一级飞行时端罩合罩状态的结构示意图；

图4为本发明中亚轨道载荷分离前端罩打开状态的结构示意图；

图5为本发明中亚轨道载荷与一级箭体分离状态的结构示意图；

图6为本发明中亚轨道载荷与一级箭体分离后，端罩合罩返回状态的结构示意图；

图7为本发明中火箭返回地面过程端罩可根据稳定需要调整打开开度的状态的结构示意图；

图8为本发明中亚轨道火箭及其火箭套罩整体返回着陆状态的结构示意图；

图中：1-一级箭体、2-火箭套罩、3-筒罩、4-端罩壳段、5-端罩、6-适配载荷支座、7-滑轨组合、8-端罩作动器、9-反推火箭、10-亚轨道载荷、11-可翻转珊格翼。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例中的端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，如图1-2所示，包括一级箭体1和火箭套罩2，火箭套罩2包括筒罩3、端罩壳段4和端罩5，筒罩3设置于一级箭体1的前端，筒罩3内用于放置亚轨道载荷10，筒罩3的底部设置适配载荷支座6，筒罩3的内壁上设置滑轨组合7，适配载荷支座6上设置用于锁定亚轨道载荷10的电控锁紧装置，滑轨组合7与亚轨道载荷10滑动配合连接；端罩壳段4设置于筒罩3的前端，端罩5设置于端罩壳段4的前端，端罩5由与端罩壳段4铰接的多瓣组成，多瓣端罩5合拢后为半球状，各瓣端罩5的内侧通过端罩作动器8与端罩壳段4连接，通过端罩作动器8控制端罩5的开合；端罩壳段4的内壁前端还设置有反推火箭8，反推火箭8的推力方向与一级箭体1的动力方向相反。

本实施例中，电控锁紧装置具体可以为电磁铁驱动的锁钩装置等，通过电控锁紧装置锁紧固定或解锁打开、释放亚轨道载荷10；适配载荷支座6根据载荷类型做系列化模块化设计，供各类载荷安装快速选配，既降低成本，又缩短研制周期。

于本具体实施例中，一级箭体1包括一级动力、输送系统、增压系统、一级动力舱、发动机罩、一级Y箱、一级R箱和回收着陆支架(各部分连接关系和工作原理为火箭的常规技术手段，不做赘述)。一级箭体1直径2.3m，载荷直径包络不大于2.3m；筒罩3及端罩壳段4直径2.6m；一级动力：一级5×60t液氧煤油发动机，中间一台发动机双向摇摆、且可做50％推力调节，外面四台发动机可做单项摇摆控制飞行姿态。

于本具体实施例中，亚轨道载荷10主要包括低轨二级火箭+卫星或高轨道二三级火箭+卫星或空天试验装备或空天旅游舱等或货物运输舱。

于本具体实施例中，筒罩3采用铝合金蒙皮或碳纤维复合材料或玻璃钢制成，滑轨组合7由多条周向分布的钛合金滑轨或铝合金滑轨构成，滑轨表面固体润滑，助载荷安装和分离时限位和润滑，保护载荷免受外力损伤。

于本具体实施例中，端罩5由2-8瓣组成，每瓣端罩5通过端罩作动器8作动打开或关闭；端罩作动器8为电动、液压作动机构或舵机，并按照需要的开度渐进调整整流罩开度。

于本具体实施例中，端罩5上设计安装可翻转珊格翼11，可翻转珊格翼11附在端罩5的外侧，可通过焊接方式实现连接。火箭回收降落时端罩5打开，端罩5及其珊格翼起到气动整流稳定的作用。亚轨道运载火箭返回地面过程中，端罩5可根据稳定需要调整打开开度，渐进打开或关闭合罩，代替传统火箭返回过程珊格翼的作用，稳定火箭姿态。

本实施例中，端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭的飞行程序和原理如下：

1)火箭各部件完成安装调试并完成发射前各系统及总体测试准备；发射准备阶段与传统火箭一样，依靠一级箭体1发动机将整个火箭推动升空；状态参见图3。

2)在火箭穿越大气层到达指定分离高度后，端罩5在端罩作动器8作用下向外打开，如图4所示；端罩5打开，一级箭体1发动机关闭。

3)反推火箭9的发动机启动，亚轨道载荷10和一级箭体1分离，如图5所示，亚轨道载荷10继续飞行，执行后续任务。

4)亚轨道载荷10分离后端罩5关闭，如图6所示，亚轨道运载火箭在地球引力或一级火箭发动机作用下，缓速返回大气层，飞向地面。落地前预定高度，依靠一级中间发动机调节推力、各发动机推力共同作用不断调整火箭姿态缓慢下降，火箭降落着地前回收着陆支架打开，最终降落到指定回收地点上，如图8所示。

5)端罩5整流稳定设计，代替传统火箭返回过程珊格翼的作用，稳定火箭姿态。亚轨道运载火箭返回地面过程中，端罩5可根据稳定需要调整打开开度，渐进打开或关闭合罩，如图7所示。

6)一级亚轨道运载火箭回收后返厂检修，检修合格后可继续使用，用于新的亚轨道发射任务。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，其特征在于：包括一级箭体和火箭套罩，所述火箭套罩包括筒罩、端罩壳段和端罩，所述筒罩设置于所述一级箭体的前端，所述筒罩内用于放置亚轨道载荷，所述筒罩的底部设置适配载荷支座，所述筒罩的内壁上设置滑轨组合，所述适配载荷支座上设置用于锁定亚轨道载荷的电控锁紧装置，所述滑轨组合与亚轨道载荷滑动配合连接；所述端罩壳段设置于所述筒罩的前端，所述端罩设置于所述端罩壳段的前端，所述端罩由与所述端罩壳段铰接的多瓣组成，多瓣端罩合拢后为半球状，各瓣端罩的内侧通过端罩作动器与所述端罩壳段连接，通过所述端罩作动器控制所述端罩的开合；所述端罩壳段的内壁前端还设置有反推火箭，所述反推火箭的推力方向与一级箭体的动力方向相反。

2.根据权利要求1所述的端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，其特征在于：所述一级箭体包括一级动力、输送系统、增压系统、一级动力舱、发动机罩、一级Y箱、一级R箱和回收着陆支架。

3.根据权利要求1所述的端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，其特征在于：所述亚轨道载荷包括低轨二级火箭+卫星或高轨道二三级火箭+卫星或空天试验装备或空天旅游舱等或货物运输舱。

4.根据权利要求1所述的端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，其特征在于：所述筒罩采用铝合金蒙皮或碳纤维复合材料或玻璃钢制成。

5.根据权利要求1所述的端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，其特征在于：所述滑轨组合由多条周向分布的钛合金滑轨或铝合金滑轨构成。

6.根据权利要求1所述的端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，其特征在于：所述端罩由2-8瓣组成。

7.根据权利要求1所述的端罩与一级整体回收的亚轨道运载火箭，其特征在于：所述端罩上设置有可翻转格栅。

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