CN113302130B - 返回基地的太空运载火箭系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种太空运载火箭的级。该太空运载火箭具有包括第一端和第二端的主体，并且在第一端和第二端之间限定了中心纵向轴线。该级包括布置在级的第一端处或附近以在起飞时垂直向上推进运载火箭的级火箭发动机。该级进一步包括用于在第一级的着陆程序中提供升力的多个风扇，其中这些风扇具有基本垂直于中心纵轴布置的旋转轴线。还提供了太空运载火箭和用于将有效载重运送到太空中的方法。

Description

返回基地的太空运载火箭系统和方法

本申请要求于2018年11月6日提交的欧洲专利申请EP1382788.0的权益。

本公开涉及运载火箭，并且具体地涉及运载火箭的多级火箭，例如可以返回到地球的第一级。本公开还涉及运载火箭，其中一部分可以在发射之后返回地球。本公开还涉及用于将有效载重运输到太空的系统和方法。

背景技术

卫星可以被认为是已经被放置到围绕地球的轨道中的人工制品。卫星可用于军事目的或非军事目的。特别地，非军事卫星可用于远程通信、环境和气象监测、地球或太空观测以及许多其他目的。

卫星轨道的变化很大，具体取决于卫星的用途，其中包括低地轨道、极轨道和对地静止轨道。

减小卫星尺寸的趋势正在增加。通过减小卫星的尺寸和重量(例如以低于500千克)，可以降低成本，因为在单次任务中，更多的卫星可以包含在运载火箭中。而且，数量较大的小型卫星可能比少量的大型卫星更有用于例如收集数据和/或用于通信目的。微卫星有时被定义为质量在10到100千克之间的卫星。纳米卫星有时被定义为质量在1和10千克之间的卫星。

现在，小型卫星例如微小卫星或纳米卫星通常搭载在用于大型卫星进入轨道的运载火箭上。因此，小型卫星可被认为是该运载火箭的二次有效载重。

将卫星运输到它们的轨道的运载火箭(launch vehicles)，即运载火箭(carrierrockets)，传统上是为单次任务而制造的。它们只使用一次，并在飞行期间销毁或放弃。

航天飞机是一次性使用的一个众所周知的例外。航天飞机已被用来以与飞机着陆方式非常类似的方式返回地球和着陆。然而，已经证明航天飞机的设计过于复杂和昂贵。

最近，已经做出了进一步的尝试来降低发射有效载重的成本，并且这已经产生了可重复使用的发射系统，其中部分运载火箭被回收并重复使用于另一次飞行。可能运载火箭的可重复使用的第一级的最著名的例子正在由SpaceX^TM公司进行商业开发。猎鹰9号(Falcon 9)是由SpaceX^TM设计和制造的两级火箭，用于将卫星运输到轨道。

在正在研制的已知的可重复使用的运载火箭中，第一级起飞后又基本上竖直地着陆。即，该第一级的火箭发动机被点燃以减慢火箭向地表的下落并由此着陆。再入(re-entry)期间，第一级火箭发动机也被点燃。再入燃烧产生的排气流迫使产生再入热量的大气压缩远离火箭。

即使猎鹰9号已成功使用，再入和降落所需的机动操作也非常复杂，并且在技术上也非常具有挑战性。

这导致较高的开发成本。

US 2011/017872公开了用于在海上平台上或在另一水体上着陆和回收助推级(booster stage)和/或其其他部分的运载火箭的系统和方法。在一个实施方案中，一种可重复使用的太空运载火箭从沿海发射场以水上轨迹发射。在助推发动机(booster engine)关闭和上一级分离后，助推级(第一级)以尾部优先的方向再入地球大气层。然后，助推发动机重新启动，助推级在预先定位的海上平台的甲板上进行垂直动力着陆。它依赖于与猎鹰9号类似的机动操作，因此具有相同的缺点。

本公开提供了至少部分地解决上述缺点中的一些缺点的系统和方法的示例。

发明内容

在第一方面，提供了一种太空运载火箭的级(stage)，该太空运载火箭具有包括第一端和第二端的主体，并且在第一端和第二端之间限定一中心纵向轴线。该级包括布置在级的第一端处或附近以推进运载火箭的级火箭发动机，并且进一步包括用于在第一级的着陆程序(landing procedure)中提供升力的多个风扇。这些风扇具有基本上垂直于中心纵向轴线的旋转轴线。

根据该方面，多个风扇可用于使太空运载火箭的着陆级，从而使该级可再用于另一次任务。这简化了着陆程序并且使其更可靠且可以降低成本。

这些风扇可以具有各自不同的风扇轴线。风扇轴线不需要精确地垂直于中心纵向轴线，而是可以例如相对于法线位于至/>的范围内，并且优选地位于-15°至+15°的范围内。

这里使用的运载火箭的级可以理解为运载火箭的一部分，其被配置成与运载火箭的其他部分分开，并具有独立的推进系统。运载火箭的级可以串联布置(tandemarrangement)或并联布置(parallel arrangement)。

在典型的实施方式中，运载火箭的第一级可以具有返回基地的能力，但是在其他实施方式中，第二级(或者第一级和第二级两者)可以具有用于着陆的风扇。

这些风扇可以是涡轮风扇(turbofan)、涡轮螺旋桨(turboprop)、螺旋桨风扇(propfan)、螺旋桨(propeller)或导管风扇(ducted fan)。所有这些推进装置可用于基本上水平方向的着陆。如本公开中使用的导管风扇可以被认为是任何推进布置，其中机械风扇或螺旋桨被安装在基本圆柱形的导管内。该导管可以减少来自这些风扇尖端的推力损失。该导管的形状可被适配成用于影响穿过该风扇的空气流的速度和压力。在优选示例中，这些导管可以具有的长度是该风扇直径的至少25％，或是该风扇直径的至少50％，并且优选是该风扇的至少100％。导管风扇提供高的排气速度和高的推力与重量比。

这些多个风扇可以是电动的。

在一些示例中，多个风扇包括并排布置的第一排风扇和并排布置的第二排风扇，其中第一排风扇和第二排风扇基本上平行于中心纵向轴线。通过设置成排的风扇，可以增加风扇的数量并因此增加着陆时的潜在升力，而不会过度地增加运载火箭的横截面面积。

在一些示例中，第一排风扇和第二排风扇被布置在圆柱形主体的沿直径相对的位置中。运载火箭的最终形状对于再入可能是特别有用的。当运载火箭在水平方向(即基本垂直于起飞方向)发生再入时，其形状类似于再入舱的形状。

在一些示例中，并非多个风扇中的所有风扇都具有相同的尺寸和/或额定性能。例如，一些风扇可以主要或专门用于控制和转向(steering)目的。这些风扇可以比主要或专门用于提供升力的其他风扇更小并且功率更低。可用于控制和转向的较小或较低功率的风扇可设置成进一步远离要返回基地的运载火箭的级的重心。

在一些示例中，运载火箭的级可以进一步包括用于为风扇供电的一个或多个电池，并且其中电池布置在第一级的第二端处或附近。电池可能占很大的重量，太空飞行中有一种趋势，就是要尽可能减少火箭和有效载重的重量。通过将电池布置在第二端(与布置火箭发动机的第一端相对)，着陆时的重心可以更靠近第一级的几何中心，这可以改善飞行控制。

在可选的示例中，电池或电池组可用于为风扇和推进剂泵提供动力。在给风扇提供动力的着陆程序中，将不需要推进剂泵(propellant pump)。因此，可以使用相同的电池(组)在飞行的一个阶段为推进剂泵提供动力，并在飞行的另一阶段为风扇提供动力。这样布置的一个方面是可以省去由火箭发动机的排气驱动的涡轮泵。

在一些示例中，电池、电池组或所有电池可以被布置成使得它们可以在运载火箭的级内移动。在一个示例中，一个或多个电池可滑动地布置。在其他示例中，一个或多个电池可以具有旋转能力。(通过旋转或滑动或其他方式)转移一个或多个电池的质量会影响重心，从而控制飞行中火箭的方向和/或攻角(angle of attack)。

在一些示例中，推进剂泵和/或电动风扇的主要电力导体可能构成承重结构的一部分。

在一些示例中，低温燃料可用于冷却电池和电力导体。即，可以布置燃料管线，使得可以与电池或电力导体进行热交换。

在一些示例中，当(部分)电池用尽时，这些电池可能在飞行中被丢弃以降低运载火箭的级的重量。

在一些示例中，运载火箭的级还可以包括一个或多个风扇罩以在起飞时覆盖风扇。由此，这些风扇在部分飞行过程中被覆盖并且可以仅在需要时被暴露。阻力可能因此会减少。

在一些示例中，这些风扇罩被配置成在飞行期间被丢弃。在一些示例中，受控的爆炸机构可以用于拆卸风扇罩。烟火式紧固件(pyrotechnic fasteners)可以形成用于拆卸风扇罩的可靠机构。其他示例可以包括例如气动分离系统、或机动部署机制(motorizeddeployment mechanism)，其中风扇罩被旋转和/或移位以暴露风扇。

在一些示例中，运载火箭的级可以进一步包括用于控制多个风扇的控制器，其中该控制器被配置成分别控制不同的风扇组。这样可以建立多翼机控制(multicoptercontrol)。在这些示例中的一些示例中，运载火箭的级可以包括用于控制所述多个风扇的控制器，其中该控制器被配置成分别控制四组风扇，并且其中该四组风扇由四个象限在着陆程序中相对于第一级的重心限定。通过限定具有单独控制器的四个象限，可以建立非常类似于四轴飞行器(quadcopter)的控制器。四轴飞行器可以为受控的飞行和着陆提供升力，并且可以提供围绕火箭的所有轴线的力矩。在这些示例中的一些示例中，两组风扇可被驱动沿一个方向旋转，而其他两组风扇可被驱动沿相反方向旋转，以基本上抵消来自施加在运载火箭的级上的不同风扇的回转力。

在一些示例中，通过包括诸如减速器(例如，降落伞或气球式降落伞)、翼片或其他空气动力学控制表面的特征，可以将进一步的飞行控制和稳定性添加到第一级。

在另一方面，提供了一种包括根据在此公开的任何示例中的第一级的太空运载火箭。

在一些示例中，太空运载火箭可包括第二级和第二级发动机。在进一步的示例中，可以提供第三和附加的级。第二级和附加的级可能没有返回基地的能力。有效载重可以布置在第二级或附加的级内。在一些实施方式中，有效载重还可以被布置在运载火箭的被配置成返回基地的级中。

在另一方面，提供了一种用于太空运输的系统，该系统包括根据在此描述的任何示例的太空运载火箭，并且进一步包括着陆平台。

在又一方面，提供了一种用于将有效载重运输到太空的方法。该方法包括提供一种包括根据在此公开的任何示例的第一级的太空运载火箭。该方法进一步包括将有效载重布置在太空运载火箭中，通过点燃火箭发动机来发射该太空运载火箭，通过为风扇供电引导第一级下降并使第一级降落。

附图说明

下面将参考附图描述本公开的非限制性示例，其中：

图1A至1E示意性地示出了太空运载火箭的第一级和太空运载火箭的示例的不同视图；

图2示意性地示出了用于将有效载重运输到太空的方法的一个示例；

图3示出了太空运载火箭的第一级的另一示例；

图4示出了太空运载火箭的级的另一示例的后视图。

图5示出了太空运载火箭的级的又一示例的前视图。

具体实施方式

在这些图中，相同的附图标记用于表示相同的元件。

图1A至1E示意性地示出了太空运载火箭的第一级和太空运载火箭示例的不同视图；根据该示例的太空运载火箭的重量可以为大约20吨，并且能够运输大约150千克的有效载重。根据该示例的运载火箭1包括第一级10和第二级30。第一级10具有第一端14和第二端16，以及中心纵向轴线12，并且在该示例中形成了太空运载火箭的一个可重复使用的级。

在第一端14处或附近设置了第一级火箭发动机11。在该具体示例中，设置了一种塞式发动机(aerospike engine)，特别是具有环形燃烧室的塞式发动机。使用塞式发动机的一个方面是发动机可以在很宽的海拔范围内保持其空气动力学效率。然而，在其他示例中，可以使用不同的火箭发动机。

第一级火箭发动机可以具有相对于第一级或其他形式的推力矢量控制的旋转能力，以使火箭转向。

图1B示意性地示出了太空运载火箭1的横截面视图。该示例中的可重复使用的第一级10具有用于液态氧的储罐21和用于液体燃料的储罐22。在一些示例中，液体燃料可以是液体甲烷。在可选的示例中，液体燃料可以是煤油、氢或其他。

该示例中的第二级30包括有效载重40和有效载重整流罩42。有效载重可以是小型卫星。第二级30还包括第二级火箭发动机32。在该具体示例中，第二级火箭发动机包括一个钟形喷管并且可以由氧气和甲烷提供动力。

在进一步的示例中，不同的推进剂和火箭发动机可以用于第一级和第二级。

第一级10和第二级30可在级间25(级连接处)处分离。应当清楚的是，对于各级和级连接处可以预见不同的形状和布置。在一个可选的示例中，第一级可以具有圆形的头部(rounded nose)。这种圆形的头部可以使第一级更适合于提升主体再入。在发射时，这种圆形的头部可能被隐藏在级间25中。这仅仅是一种可能的示例。

在该示例中，第一级10包括并排布置的多个电动导管风扇18的排18A和18B。在图1A中，风扇18由风扇罩19A和19B覆盖。图1C中，风扇罩已从第一级圆筒形主体上拆卸。在一个具体示例中，这些风扇罩可以使用多个烟火式紧固件(例如螺栓)来附接。在再入和准备着陆程序之后，可以远程引爆螺栓中的炸药，使得风扇罩与主体分离，并暴露导管风扇。

在该具体示例中，电动导管风扇的第一排18A和第二排18B被布置成平行于纵向轴线并且位于圆柱形主体的直径上相对的位置中。

可以根据例如运载火箭的可重复使用的级的重量和风扇的功率来适配导管风扇的数量。在根据图1的运载火箭中，在着陆程序中可重复使用的级的重量可以在例如1.500至2.500千克范围内。第一级可包括例如60至80个导管风扇。这些风扇的标称推力可以是例如在200N至400N的范围内。在其他示例中，第一级可包括例如较少数目的风扇，每个风扇具有较高的标称推力。

尽管未在该具体示例中示出，但在其他示例中，至少一些导管风扇可包括进气引导件(air flow intake guides)。例如，这些进气引导件可以被设计成使进气重新定向以流经主体或从特定方向吸入空气。

并且尽管在该具体示例中也未示出，但是在其他示例中，至少一些导管风扇具有气流出口引导件(air flow outlet guides)。这些出口引导件可重新定向出口空气，并沿特定方向排出空气，或将出口与进入的空气隔离开。在一个示例中，排气可以被引导成使得可以提供水平推力分量(horizontal thrust component)。

在进一步的示例中，并非所有的导管风扇都需要具有相同的尺寸和相同的额定性能。在一些示例中，远离重心的导管风扇可以更小并且可以主要用于转向。

图1D示出了如何在着陆时相对于重心将第一排18A和第二排18B划分为四个象限18A1、18A2、18B1和18B2。对四个象限的单独控制允许像四轴飞行器一样驱动多个风扇。四轴飞行器配置因其控制和飞行特性而在许多无人机设计中使用。

这些电动导管风扇可以由一个或多个电池供电。在该示例中，这些电池可以被布置在第一级的第二端16附近，即在第一级火箭发动机11的相对端处。在着陆程序中，推进剂已经被排出并且火箭发动机提供远离第一级的几何中心的质量。因此，重心可以布置成相对靠近第一级的几何中心，电池可以布置在相对端。

这些电风扇或电动导管风扇可以另外地或可替代地由一个发电机来供电，该发电机进而可以由例如燃气涡轮机来供电。这种发电机可以减小级和运载火箭的总重量。

通过导管风扇的气流的排气速度应足够高，以防止排气在下降速度高于导管风扇的排气速度时不会再入导管风扇。通过导管风扇的空气的排气速度可以是例如70m/s或更大，并且具体为85m/s或更大。

在一些示例中，导管风扇可以具有一定的旋转能力。可重复使用的级的控制能力可以通过旋转导管风扇来提高。在进一步的示例中，为了增加可靠性和减轻重量，风扇没有旋转能力。在这些示例中，导管风扇可以沿着不完全垂直于中心纵向轴线12的风扇轴线布置或对齐。具体地，参见图1D，风扇组18B1和18B2可以具有与组18A2和18A1不同的风扇轴线。

当从该运载火箭的前方观察时(例如图1E中的箭头)，这些风扇旋转轴线(以及推力轴线)可能会朝向运载火箭的中心倾斜。与竖直方向的偏离可以是例如在2°与20°之间，并且具体地可以是在4°与15°之间。图1E示意性地示出了来自导管风扇的潜在推力。

图1E示出了第一级10的顶视图。在图1E中可以看出，当第一级被基本上水平地定向(即，垂直于起飞方向)时，通过主体和风扇罩19A和19B的组合提供了适于再入的非流线型体。再入的过程稍后将予以说明。

然而，在图1E中可以看出，这些风扇的启动可以产生空气流的抽吸并且由此增加越过级10的表面的空气流的速度。在该表面上产生的气动流可用于产生额外的升力，并且级10的外表面可适于产生这种升力。气流的抽吸也可用于避免边界层分离。

图2示意性地示出了用于将有效载重运输到太空的方法的示例。太空运载火箭1基本上垂直地布置在起飞平台50上用于起飞60。第一级火箭发动机布置在太空运载火箭的底部，并被点火以在起飞时基本垂直地推进航天运载火箭。

太空运载火箭的弹道可能比大多数一次性运载火箭的弹道略微陡峭。在步骤62，第一级10可以与第二级30分离。这种分隔可以发生在例如50至150千米的高度，例如视任务而定，距离地球表面上方约70千米。在该示例中，第二级30可以承载有效载重以及第二级火箭发动机。第二级火箭发动机可以被供电以将有效载重带到其预期的轨道。在该具体示例中，第二级30示出为具有钟形排气喷嘴。在分离之后，视任务而定，第一级继续向上飞行到例如地球表面以上约200千米。

在一些示例中，可以在火箭的第一级中承载附加有效载重。在一个示例中，这种返回到地球的附加有效载重可能涉及微重力实验。

在示例中，第一级的推进剂可能在与第二级分离之前不被耗尽。在分离之后，太空运载火箭的第一级可以操纵翻转，从而改变其在步骤64的方向。为此，火箭发动机10可以被供电并且可以使用推力矢量控制。替代地或附加地，较小的辅助推进器和/或反作用轮可用于翻转操纵。

此外，小型推进器和控制表面都可用于任务的其他级。

在步骤64的这种操纵之后，可以在步骤66对第一级火箭发动机进行点火以用于后推进操纵(boost back manoeuvre)。根据飞行任务和着陆架(landing pad)80的位置，后推进操纵可基本上抵消第一级的水平速度，以仅部分地抵消第一级的水平速度或改变第一级的飞行方向。

在该具体示例中，在步骤68，可以执行进一步的翻转操纵。在第二翻转操纵之后，第一级10可以具有基本水平的方向。应当注意，附图中所示的翻转操纵的方向不是限制性的。在任何翻转操纵中，方向可以是顺时针或逆时针、或平面外或其他。

在步骤69，可以发生再入地球大气。第一级可以在基本水平的方向上飞行，即，该第一级的中心纵向轴线12可以是基本上水平的或限定了相对于水平面小于30°，并且特别是小于20°的角度。在该方向中，如图1E所示，非流线型截面(bluff cross-section)提供了增加的空气阻力，产生吸收大部分火箭动能的“冲击波(shock wave)”。

控制表面，例如栅格翼、δ翼(deltafin)或平面翼可以用于飞行控制和稳定性。

在步骤70，在再入之后，可选地，可以启动或配置被动减速器以减慢第一级10的垂直速度。被动减速器可以是基于织物的，例如降落伞或翼伞。被动减速器也可以是气球式降落伞(ballute)。

在步骤72，风扇罩19A和19B可以被移除以便暴露导管风扇。可选地，这些导管风扇可以被配置成作为发电机来运行。即，当运载火箭的第一级10降落时，风扇可以由通过风扇的空气旋转，并且这种旋转可以用于给电池充电。

然后在步骤74可以启动导管风扇。可以与导管风扇同时使用减速器。在这种构造中，运载火箭的级所需的升力可以部分地由减速器和导管风扇提供。

对单个风扇和/或风扇组的控制可用于控制第一级10在步骤76的着陆飞行。第一级10可以以基本上水平的构造在着陆架80处着陆。着陆架80可以是基于陆地的或海上的，并且可以是固定的或可移动的。

对于较软的着陆，第一级可以包括某种形式的减震器或起落装置。可选地，一个或多个减震器可集成在着陆平台80中。这样，太空运载火箭的重量可以更小，并且运载火箭的设计可以简化。着陆平台80也可以是网或类似物，其被配置成吸收太空运载火箭的第一级的一些剩余速度。

在可选的示例中，可以执行不同的着陆顺序。在一个示例中，一种用于将有效载重运输到太空的方法可以基本上对应于上文描述的示例，但是在步骤76处，代替了着陆在平台或着陆架上，可以将具有返回基地能力的级在空中捕获而不着陆。即，直升飞机、无人驾驶飞机或其他飞行器可以捕获级然后着陆。可选地，级76可以在着陆的最后阶段被钩或臂捕获。

图3示出了用于太空运载火箭的第一级的另一个示例。该示例的第一级10可以具有与图1的示例共同的若干特征。然而，多个导管风扇可以被布置成四排风扇。四排风扇沿四个可展开的臂41、42、43和44布置。

这些臂可以使用包括例如机动化驱动器的致动器来展开和折叠。与图1相比，这四排导管风扇在展开时被进一步从重心移开，并且由此改进了飞行控制。

即使在所公开的示例中，第一级和第二级的纵向轴线重合，但是应当清楚，本公开不限于这种构造。特别地，也可以使用侧向安装到运载火箭的级上的助推级。助推级可具有返回基地的能力。此外，本公开不应被认为是对所公开的火箭发动机的类型的限制，或者对运载火箭的哪个(或哪些)级可以被赋予返回基地的能力的限制。

图4示意性地示出了太空运载火箭的级的另一个示例，该级具有返回基地的能力。图4示出了具有火箭发动机11的级的后视图。火箭发动机11可以是如图1的示例中的塞式发动机。

附图标记13表示级的基本上为圆柱形的外表皮。该级的外表皮13形成承载结构的一部分并且可以形成燃料箱的外壳。在图4的示例中，提供了用于覆盖这些风扇(例如，导电风扇)的一个气动罩19C。在该示例中，与图1的示例相反，气动罩19C可以基本上包围燃料箱的外壳。在该示例中，利用风扇罩的优点进一步以积极的方式影响级的气动外形。如图4所示，该形状可以适于在再入过程中提供升力。

图5示意性地示出了具有返回基地能力的级的又一示例。在图5中，示出了该级的前视图。在该示例中，类似于图1的示例，提供了罩19D和19E以覆盖风扇。这些罩或这些罩的一部分可以在飞行期间被处置以在启动这些风扇之前暴露这些风扇。

在图5的示例中，罩19D、19E的部分45可以在飞行或再入期间用作气动控制表面。在该示例中，部分45示出为弯曲的翼片，其可能增加用于再入的升力和稳定性，但是其他布置也是可能的。当罩19D、19E被丢弃时，对应的控制表面45可以同时被丢弃。

即使在所公开的示例中，风扇示出为导管风扇，但是在其他示例中，可以使用螺旋桨、螺旋桨风扇、涡轮螺旋桨或涡轮风扇。

出于完整性的原因，本公开的若干方面在以下编号的条款中阐述：

条款1.一种太空运载火箭的级，特别是可重复使用的级，所述太空运载火箭具有包括第一端和第二端的主体，并在所述第一端和所述第二端之间限定了中心纵向轴线，并且所述级包括：

级火箭发动机，其被布置在所述级的第一端处或附近以在起飞时垂直向上推进所述运载火箭，以及

多个风扇，其在所述级的着陆程序中提供升力，其中所述风扇具有被布置成基本上垂直于所述中心纵向轴线的多个旋转轴线。

条款2.根据条款1所述的太空运载火箭的级，其中，所述多个风扇包括并排布置的第一排风扇和并排布置的第二排风扇，其中所述第一排风扇和第二排风扇基本上平行于所述中心纵向轴线。

条款3.根据条款2所述的太空运载火箭的级，其中所述主体是圆柱形的，并且其中所述第一排风扇和所述第二排风扇布置在所述圆柱形主体的直径上相对的位置中。

条款4.根据条款1至3中任一项所述的太空运载火箭的级，其中，所述多个风扇中的一个或多个具有与其他风扇不同的尺寸。

条款5.根据条款1至4中任一项所述的太空运载火箭的级，其中，所述级进一步包括用于为所述风扇供电的发电机。

条款6.根据条款1至5中任一项所述的太空运载火箭的级，其中，所述级进一步包括用于为所述风扇供电的一个或多个电池。

条款7.根据条款6所述的太空运载火箭的级，其中，所述电池布置在所述级的第二端处或附近。

条款8.根据条款6或7所述的太空运载火箭的级，其中，所述电池的一部分构造成在使用后被丢弃。

条款9.根据条款6至8中任一项所述的太空运载火箭的台架，其中，所述电池中的一个或多个被布置为可选地通过滑动和/或旋转而移位。

条款10.根据条款1至9中任一项所述的太空运载火箭的级，进一步包括一个或多个风扇罩，以在所述太空运载火箭的部分飞行期间覆盖所述风扇。

条款11.根据条款10所述的太空运载火箭的级，其中，所述风扇罩构造成在飞行期间被丢弃。

条款12.根据条款11所述的太空运载火箭的级，包括用于拆卸所述风扇罩的受控爆炸机构。

条款13.根据条款10至12中任一项所述的级，其中所述主体和风扇罩在横向于所述纵向轴线观察时限定了一个钝体。

条款14.根据条款10至13中任一项所述的级，其中所述风扇罩包括翼片或控制表面。

条款15.根据条款1至14中任一项所述的太空运载火箭的级，进一步包括用于控制所述多个风扇的控制器，其中，所述控制器构造成分别控制四组风扇，并且其中，所述四组风扇由在着陆程序中相对于所述第一级的重心的四个象限限定。

条款16.根据条款1至15中的任一项所述的太空运载火箭的级，其中，所述级火箭发动机是塞式发动机，并且可选地是具有环形燃烧室的塞式发动机。

条款17.根据条款1至16中任一项所述的太空运载火箭的级，包括用于第一和第二液体推进剂的储罐，并且可选地其中所述第一液体推进剂是液氧，并且所述第二液体推进剂是液体甲烷。

条款18.根据条款17所述的级，进一步包括用于将液体推进剂泵送到所述级发动机的泵。

条款19.根据条款18所述的级，其中用于给所述泵供电的一个或多个电池被配置为给所述风扇供电。

条款20.根据条款17至19中任一项所述的级，其中液体推进剂管线被布置成使得所述液体推进剂可以冷却电池和/或电导体。

条款21.根据条款1至20中任一项所述的级，其中所述风扇包括一个或多个推进器。

条款22.根据条款1至21中任一项所述的级，其中所述风扇包括一个或多个涡轮螺旋桨发动机。

条款23.根据条款1至22中任一项所述的级，其中所述风扇包括一个或多个螺旋桨。

条款24.根据条款1至23中任一项所述的级，其中所述风扇包括一个或多个涡轮风扇。

条款25.根据条款1至24中任一项所述的级，其中所述风扇包括一个或多个导管风扇。

条款26.根据条款25所述的级，其中所述导管风扇中的一个或多个包括进气引导件。

条款27.根据条款25或26所述的级，其中所述导管风扇中的一个或多个具有气流出口引导件。

条款28.根据条款1至27中任一项所述的太空运载火箭的级，进一步包括减速器。

条款29.根据条款1至83中任一项所述的太空运载火箭的级，进一步包括用于操纵所述级的翼片或一个或多个控制表面。

条款30.根据条款1至29中任一项所述的太空运载火箭的级，进一步包括起落装置。

条款31.根据条款1至30中任一项所述的级，其中，所述级是运载火箭的第一级。

条款32.根据条款1至30中任一项所述的级，其中，所述级是运载火箭的第二级。

条款33.根据条款1至32中任一项所述的级，其中所述级是运载火箭的助推级。

条款34.一种太空运载火箭，包括根据条款1至33中任一项所述的级。

条款35.一种太空运载火箭，包括根据条款31所述的第一级，并且进一步包括第二级，其中所述第二级包括用于推进所述第二级的第二级发动机。

条款36.根据条款35所述的太空运载火箭，其中，所述第二级发动机包括钟形喷管。

条款37.根据条款35或36所述的太空运载火箭，其中所述第二级承载有效载重，并且其中所述有效载重可选地是卫星。

条款38.一种用于太空运输的系统，包括根据条款34至37中任一项所述的太空运载火箭，并且进一步包括着陆平台。

条款39.根据条款38所述的系统，其中所述着陆平台包括一个或多个减震器。

条款40.根据条款38或39所述的系统，其中所述着陆平台是海上平台。

条款41.根据条款38或39所述的系统，其中所述着陆平台是陆地平台。

条款42.一种用于将有效载重运输到太空的方法，包括：

提供包括根据条款1至33中任一项所述的可重复使用的级的太空运载火箭；

在所述太空运载火箭中布置所述有效载重；

通过点燃所述火箭发动机来发射所述太空运载火箭；

引导所述可重复使用的级下降；和

通过为风扇供电使所述可重复使用的级降落。

条款43.根据条款42所述的方法，其中所述可重复使用的级的着陆包括定向所述可重复使用的级使得所述纵向中心轴线基本上是水平的。

条款44.根据条款42或43所述的方法，其中所述着陆包括将所述可重复使用的级在空中捕获。

条款45.根据条款42至44中任一项所述的方法，其中所述太空运载火箭包括由所述可重复使用的级承载并且具有附加的级发动机的附加的级，并且所述方法包括：

将所述可重复使用的级与所述附加的级分开；和

推进所述附加的级。

条款46.根据条款45所述的方法，其中所述有效载重被布置在所述附加的级中。

条款47.根据条款42至46中任一项所述的方法，其中引导所述可重复使用的级下降包括点燃所述可重复使用的级发动机。

条款48.根据条款42至47中任一项所述的方法，进一步包括在向所述风扇供电之前使所述可重复使用的级减速。

条款49.根据条款42至48中任一项所述的方法，其中通过为所述风扇供电来着陆所述可重复使用的级包括在所述风扇供电的同时使用减速器。

条款50.根据条款42至50中任一项所述的方法，其中所述可重复使用的级是所述太空运载火箭的第一级。

条款51.根据条款45至50中任一项所述的方法，其中所述可重复使用的级是所述太空运载火箭的第一级，并且所述附加的级是所述太空运载火箭的第二级。

虽然本文仅公开了多个示例，但是其他替换、修改、使用和/或等同物也是可能的。此外，还涵盖所述示例的所有可能组合。因此，本公开的范围不应受具体示例的限制，而应仅通过对所附权利要求的合理阅读来确定。

Claims (14)

1.一种太空运载火箭的可重复使用的级，具有包括第一端和第二端的主体，并且在所述第一端与所述第二端之间限定一中心纵向轴线，所述级还包括：可重复使用的级火箭发动机，其被布置在所述级的第一端处或附近以在起飞时垂直向上推进所述运载火箭，以及

多个用于提供电动的风扇，在所述级的着陆程序中提供升力，所述风扇具有被布置成基本上垂直于所述中心纵向轴线的多个旋转轴线；以及其中

所述风扇配置为提供足够的推力以降落所述级，在所述风扇的操纵下，所述级的中心纵向轴线在着陆前基本上保持水平状态。

2.根据权利要求1所述的太空运载火箭的可重复使用的级，多个所述风扇包括并排布置的第一排风扇和并排布置的第二排风扇，所述第一排风扇和所述第二排风扇基本上平行于所述中心纵向轴线。

3.根据权利要求2所述的太空运载火箭的可重复使用的级，所述主体为圆柱形，并且所述第一排风扇和所述第二排风扇布置在圆柱形主体的直径上相对的位置中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的太空运载火箭的可重复使用的级，所述可重复使用的级进一步包括用于为所述风扇供电的一个或多个电池。

5.根据权利要求4所述的太空运载火箭的可重复使用的级，所述电池布置在所述可重复使用的级的第二端处或附近。

6.根据权利要求1中任一项所述的太空运载火箭的可重复使用的级，进一步包括一个或多个风扇罩，以在太空运载火箭的部分飞行期间覆盖所述风扇。

7.根据权利要求6所述的太空运载火箭的可重复使用的级，所述风扇罩设置为在飞行期间被丢弃。

8.根据权利要求1中任一项所述的太空运载火箭的可重复使用的级，包括用于第一液体推进剂和第二液体推进剂的储罐，并且进一步包括用于将液体推进剂泵送到所述级发动机的一个或多个泵，并且用于给所述泵供电的一个或多个电池也被配置为给所述风扇供电。

9.根据权利要求6至7中任一项所述的可重复使用的级，其中所述主体和所述风扇罩在横向于所述纵向轴线观察时限定一个钝体。

10.根据权利要求1中任一项所述的可重复使用的级，其中所述风扇是导管风扇并且其中所述导管风扇具有被布置成基本上垂直于中央纵向轴线的多个管道。

11.根据权利要求1中任一项所述的可重复使用的级，所述可重复使用的级是运载火箭的第一级。

12.一种太空运载火箭，包括根据权利要求11所述的第一级，并且还包括第二级，所述第二级包括用于推进所述第二级的第二级发动机。

13.根据权利要求12所述的太空运载火箭，所述第二级承载有效载重，所述有效载重可选地是卫星。

14.一种用于将有效载重运输到太空的方法，包括：

提供包括根据权利要求1至11中任一项所述的可重复使用的级的太空运载火箭；

在所述太空运载火箭中布置有效载重；

通过点燃所述火箭发动机来发射所述太空运载火箭；

引导所述可重复使用的级下降；和

定向所述可重复使用的级使得所述可重复使用的级的纵向中心轴线基本上保持为水平；和

随后通过为风扇供电使所述可重复使用的级降落。