CN209467356U - 火箭回收装置及液体火箭 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种火箭回收装置及液体火箭。火箭回收装置包括至少两个支撑结构、拦阻索、至少两个导向机构和至少两个缓冲机构。其中所述两个支撑结构彼此间隔设置，所述两个导向机构分别固定设置于所述两个支撑结构的端部；所述拦阻索用于通过所述两个导向机构连接所述两个支撑结构，且所述拦阻索在所述两个导向机构两侧的部分分别连接所述两个缓冲机构。所述缓冲机构用于对所述拦阻索施加预紧力，并在待回收火箭接触所述拦阻索后通过配合所述拦阻索的伸缩实现对待回收火箭施加的作用力的缓冲。本实用新型的火箭回收装置和火箭，通过采用拦阻索捕获待回收火箭，可以降低对火箭回收的姿态和速度要求，提高火箭回收的成功率。

Description

火箭回收装置及液体火箭

技术领域

本实用新型涉及火箭回收技术领域，尤其涉及一种火箭回收装置及液体火箭。

背景技术

火箭回收技术是航天技术领域的一颗璀璨明珠，是航天技术实力的综合体现，因此，也受到了各个航天大国的极大关注。目前国内尚无已经投入使用的液体火箭回收方案。美国的Space X公司、蓝色起源公司已经多次成功进行了火箭的回收。例如，Space X公司在其最近几次发射中所采用的火箭回收技术方案是：在火箭子级降落过程中，通过主发动机点火实现减速，同时以姿控发动机调整火箭子级的飞行姿态，从而确保火箭以近乎垂直的姿态下落。在下落的火箭子级接近地面时，处于收拢状态的支撑腿打开，从而使火箭平稳的支撑在着陆表面上(例如，地面或海上平台)。

具体而言，火箭子级的底部设置可收放的支撑腿。在火箭飞行的过程中，支撑腿可以始终处于收拢状态。火箭子级工作结束并与箭体分离后，主发动机关机，火箭子级飞往预定的落区或者飞回发射场。在靠近地面的时候，主发动机重新点火起动，火箭减速。在落地前支撑腿在高压气体的作用下展开并锁定。火箭子级在最后触地瞬间，通过主发动机控制速度降低到0，并通过展开的支撑腿站稳在回收场地或回收船舶上。

这种火箭子级的垂直回收技术，对火箭降落时的姿态及速度的控制要求很高，如果火箭子级降落的姿态或速度控制不好，很可能会造成火箭的倾倒或爆炸，从而导致火箭回收彻底失败。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种火箭回收装置及液体火箭，可以降低对火箭回收的姿态和速度要求，提高火箭回收的成功率。

本实用新型的一个方面提供了一种火箭回收装置，包括至少两个支撑结构、拦阻索及缓冲机构；其中所述拦阻索用于分别通过第一连接结构和第二连接结构跨接在两个支撑结构上，且所述拦阻索位于所述第一连接结构和所述第二连接结构两侧的部分连接所述缓冲机构；所述缓冲机构用于对所述拦阻索施加预紧力，并在待回收火箭接触所述拦阻索后通过配合所述拦阻索的伸缩实现对待回收火箭施加的作用力的缓冲。

在一个实施例中，所述第一连接机构和所述第二连接机构为滑轮或者滑轮组。

在一个实施例中，所述滑轮或滑轮组固设于所述支撑结构的端部，从而所述滑轮或滑轮组用于为所述拦阻索的运动导向。

在一个实施例中，所述两个支撑结构彼此间隔地固定设置于地面上或设置于可移动平台上。

在一个实施例中，所述缓冲机构包括绞盘和缓冲器，其中所述绞盘用于在所述拦阻索伸缩时释放或卷起所述拦阻索。

在一个实施例中，所述缓冲器包括气压缸或液压缸。

本实用新型的另一个方面提供了一种液体火箭，包括子级火箭，其中所述子级火箭远离主发动机一端包括姿态调节机构和卡接机构；其中所述姿态调节机构用于在所述子级火箭返回时调节所述子级火箭的降落姿态，以使所述卡接机构连接如上所述的火箭回收装置中的拦阻索。

在一个实施例中，所述姿态调节机构包括格栅翼和姿态控制系统；其中所述格栅翼用于在所述子级火箭降落过程中，通过改变形状或位置调整所述子级火箭受到的气动力，实现对箭体的飞行攻角、姿态的调整，从而确保所述子级火箭按预定的轨迹降落到火箭回收装置附近；所述姿态控制系统通过喷气反推的方式产生反作用力实现对子级火箭飞行姿态的调整，保证所述子级火箭以预定的倾角接触所述拦阻索。

在一个实施例中，所述卡接机构包括固定设置或可伸缩设置于所述子级火箭的拦阻钩，其中所述拦阻钩用于在所述子级火箭返回时挂住所述拦阻索。

在一个实施例中，所述拦阻钩靠近所述子级火箭的内边沿与所述子级火箭的表面所呈夹角在40-45度的范围内。

本实用新型的实施例，通过采用火箭回收装置，可以极大地降低对火箭降落时的姿态和速度要求，并提高火箭回收的成功率。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。

附图说明

下面的附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。

图1为本实用新型实施例的火箭回收装置的结构示意图。

图2-3为本实用新型实施例的待回收子级火箭结构示意图。

图4-5为本实用新型实施例的拦阻钩结构示意图。

图6-8为火箭回收过程示意图。

具体实施方式

现详细说明本实用新型的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本实用新型的限制，而应理解为是对本实用新型的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

在不背离本实用新型的范围或精神的情况下，可对本实用新型说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本实用新型的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

现有的液体火箭回收技术，需要在火箭子级上增加例如4个可伸缩的支撑腿，并且配备一套高压气体作动机构。其中，高压气体作动机构用于在待回收的火箭子级接近着陆面时展开支撑腿，无疑增加了火箭系统的复杂性和结构重量。

在火箭起飞阶段，这些增设的机构显然是对火箭飞行无用的死重，降低了火箭的运载能力。此外，采用现有的火箭回收技术，必须在火箭子级降落过程中对火箭子级的速度和姿态进行精确控制，并使火箭子级在触地瞬间速度降低至0，同时姿态保持垂直。同样地，在海上回收火箭时，除了上述对地面回收火箭时的要求外，对海况的要求也比较高。例如，用于火箭回收的船身在子级火箭降落时不能有较大幅度的摆动。

本实用新型的一个方面提供了一种火箭回收装置。参见图1，火箭回收装置包括至少两个支撑结构1、拦阻索2及缓冲机构4。其中所述拦阻索2用于分别通过第一连接结构3和第二连接结构3跨接在两个支撑结构1上，且所述拦阻索2位于所述第一连接结构3和所述第二连接结构3两侧的部分连接所述缓冲机构4。所述缓冲机构4用于对所述拦阻索2施加预紧力，并在待回收火箭接触所述拦阻索2后通过配合所述拦阻索2的伸缩实现对待回收火箭施加的作用力的缓冲。本实用新型实施例的火箭回收装置，通过设置支撑结构、拦阻索和缓冲机构，可以降低在火箭回收时对火箭飞行的姿态和速度要求，且可以很好的避免火箭翻倒，从而提高火箭回收的成功率。

继续参见图1，火箭回收装置包括至少两个支撑结构1、拦阻索2、至少两个导向机构3和至少两个缓冲机构4。其中两个支撑结构1彼此间隔设置，两个导向机构3分别固定设置于两个支撑结构1的端部。拦阻索2用于通过所述两个导向机构3连接所述两个支撑结构1，且所述拦阻索2在两个导向机构3两侧的部分分别连接两个缓冲机构4。

缓冲机构4用于对拦阻索2施加预紧力，并在待回收火箭接触拦阻索2后通过配合拦阻索2的伸缩实现对待回收火箭施加的作用力的缓冲。本实用新型提供地火箭回收装置，在回收子级火箭时，无需在待回收子级火箭上设置支撑腿和相关高压气体作动系统，且对子级火箭的降落速度和姿态要求较低，降低了火箭回收的难度，提高了火箭子级的回收成功率。

支撑结构1的作用是在火箭子级回收瞬间承受子级火箭箭体的冲击力和重力，因此，其需要具有较大的强度。如图1中所述，例如，支撑结构1可以为铁塔。例如，铁塔的高度可以是待回收子级火箭长度的1.5倍以上，从而确保火箭回收装置的拦阻索在配合火箭伸缩时，火箭不会由于下端触地而毁坏。

如图1所示，在一个实施例中，两个铁塔可以彼此间隔地固定设置于地面上。在此情况下，待回收火箭需要在姿态控制系统的控制下降落至火箭回收装置的附近区域，并在火箭回收装置将其捕获后，实现子级火箭的回收。

在其它一些实施例中，所述两个铁塔可以固定设置于可移动平台上。例如，可移动的平台可以为部署在陆地上的可移动回收平台或者大型海上可移动平台。当待回收火箭降落时，可移动平台可以同时向子级火箭的降落区移动，从而提高火箭回收装置捕获火箭的可能性。例如，可移动平台可以配合子级火箭运动，例如，二者可以相向运动。即子级火箭朝向可移动平台运动，可移动平台亦根据子级火箭的飞行方向朝向其所在的下方区域运动，从而进一步降低了对火箭子级姿控系统控制精度和控制能力的要求，提高了回收装置捕获火箭的可能性。

在一个实施例中，缓冲机构4包括绞盘和缓冲器。其中绞盘用于在拦阻索2伸缩时释放或卷起拦阻索2。如图1所示，缓冲机构4可以设置在例如铁塔的两侧，从而可以从拦阻索2的两端对阻拦索2进行预紧。在拦阻索2捕获子级火箭的瞬间，缓冲机构4可以释放一定长度的拦阻索2，从而吸收火箭子级接触拦阻索2时产生的冲击力，保护拦阻索2和子级火箭箭体不被损坏。例如，缓冲器可以为气压缸或液压缸。

在一个实施例中，所述导向机构3为滑轮或滑轮组。例如，滑轮或滑轮组可以分别固定设置在两个支撑结构1的顶部或侧部，从而一方面对拦阻索2的运动进行导向，另一方面，提高拦阻索2对子级火箭接触时的适应性，并保证拦阻索2能够可控地张紧或伸缩。

在一个实施例中，拦阻索2可以为高强度钢缆或高强度纤维编制缆。具体地，拦阻索2可以为凯夫拉纤维编制缆或碳纤维编制缆。

例如，待回收的子级火箭的主发动机可以为液体发动机，其具有推力可变、能够双向摆动的发动机。在火箭点火起飞后，液体发动机可以用于为火箭的飞行提供动力。在待回收子级与火箭主体分离后，液体发动机用于提供减速的制动力和姿态控制力，从而确保箭体可以以预定的速度和姿态与本实用新型实施例的火箭回收装置中的拦阻索接触。

本实用新型的另一个方面提供了一种液体火箭。参见图2，液体火箭包括子级火箭6，其中所述子级火箭6远离主发动机60一端包括姿态调节机构61和卡接机构62。其中姿态调节机构61用于在子级火箭6返回时调节所述子级火箭6的降落姿态，以使卡接机构62挂住如上所述的火箭回收装置中的拦阻索2。本实用新型地液体火箭，结构简单，重量轻，且通过设置姿态调节机构和卡接机构，可以较好的配合火箭回收装置，实现火箭子级的可靠回收。

参见图3，例如，在一个实施例中，所述姿态调节机构61包括格栅翼63和姿态控制系统64。其中所述格栅翼63用于在子级火箭6降落过程中，通过改变形状或位置调整所述子级火箭6受到的气动力，实现对箭体的飞行攻角、姿态的调整，从而确保子级火箭6按预定的轨迹降落到火箭回收装置附近。姿态控制系统64通过喷气反推的方式产生反作用力实现对子级火箭6飞行姿态的调整，保证子级火箭6以预定的倾角接触所述拦阻索2。

参见图4，在一个实施例中，所述卡接机构62包括固定设置或可伸缩设置于子级火箭6的拦阻钩65，其中拦阻钩65用于在子级火箭6返回时挂住拦阻索2。拦阻钩65的作用是在火箭子级6回收时挂住拦阻索2，并承受回收的冲击力和火箭子级的重力。

例如，拦阻钩65沿待回收火箭子级6远离主发动机60侧设置。例如，在靠近火箭子级6的远离发动机60一端的位置，多个拦阻钩65可以沿火箭子级6的外周周向地设置(图4中示意了间隔设置的两个拦阻钩)。例如，拦阻钩65的数量可以为6-16，且多个拦阻钩65在周向方向上均匀设置。火箭子级6在接触拦阻索2之前，可能会绕其轴向旋转，因此，通过在火箭子级6外侧周向地设置多个拦阻钩65，可以提高火箭子级被捕获的概率。

参见图5，例如，拦阻钩65可以向远离火箭子级6方向伸出，且拦阻钩65的内侧设置用以匹配拦阻索2的卡槽66。例如，拦阻钩65的靠近火箭子级6的边缘67与火箭子级的箭体表面所呈的夹角在30-60度之间；优选地，该角度可以在40-45度之间；优选为45度。通过调整上述角度，一方面可以确保拦阻钩65能够挂住拦阻索2，另一方面可以使拦阻索2容易地滑入拦阻钩65的卡槽66内。拦阻索2在接触火箭子级6外侧后，沿火箭子级6的外表面移动，从而滑入拦阻钩65的凹槽66，实现子级火箭的捕获。

例如，拦阻钩65的内侧还可以包括锁合结构，从而在拦阻索2进入凹槽66后，通过锁合结构将拦阻索2锁合在凹槽66内，避免在火箭受力不均衡时，拦阻索2从凹槽66中滑出，从而进一步提高了火箭回收的可靠性。

如上所述，拦阻钩65能够可伸缩的设置在火箭子级6的外侧(现有可伸缩的设置方式均可采用)，且在火箭子级6接近地面时展开，从而避免影响火箭子级所受气动力。例如，在拦阻钩65为可伸缩结构时，其可以通过控制电路控制例如电磁阀的运动实现，例如，控制电路可以接收来自子级火箭或地面控制系统的控制信号，以便在子级火箭接近地面时，控制电路接受控制信号并控制电磁阀运动，并使拦阻钩处于展开状态。

例如，拦阻索的材料可以为高强度金属材料。例如，拦阻索也可以为高强度碳纤维符合材料。

下面以一子级火箭回收为例对本实用新型实施例的火箭回收装置回收一子级火箭的过程进行说明：

参见图6，液体运载火箭的一子级6在工作结束后，与二级火箭分离，液体火箭的一子级6的发动机60关机。在飞行惯性和地球重力、大气阻力的共同作用下，一子级6向预定的一级落区飞行。如图6所示，一子级火箭6在格栅翼63和姿态控制系统64的控制下向一子级落区内设置的火箭回收装置降落。在接近火箭回收装置时，液体火箭发动机重新点火起动，以将火箭减速，并按可控的弹道和姿态以一定的下滑角度向火箭回收装置靠近。

在一子级火箭6回收的瞬间，一子级火箭6保持略微前倾的姿态和向前下方飞行的轨迹，以较低的速度碰到拦阻索2上，要求接触点在火箭重心以上，拦阻钩65之下。由于惯性，火箭将继续向前、向下运动，拦阻索2在箭体上滑动，最后卡入拦阻钩65内，与此同时液体火箭发动机60关机。火箭对拦阻索2产生的冲击力由缓冲机构6吸收，以减轻对箭体和火箭回收装置的冲击。一子级火箭6回收成功的状态见附图7和附图8。

由于一级火箭的大部分重量为底部的液体火箭发动机，重心靠下，因此只要拦阻钩65挂住拦阻索2，火箭就处于自然稳定的状态，拦阻钩65不会从拦阻索2中脱出。之后，地面指挥中心可以遥控火箭将残余推进剂、高压气体泄出，并通过缓慢释放两端设于缓冲机构4内的拦阻索2，将处于吊起状态的一子级火箭6缓缓放下。之后，可以将一子级火箭6直接放到火箭运输车上拉回技术厂房，并在进行检测或维修后再次用于火箭发射。

本实用新型的实施例，通过采用火箭回收装置，可以极大地降低对火箭降落时的姿态和速度要求，并提高火箭回收的成功率。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种火箭回收装置，其特征在于，包括至少两个支撑结构、拦阻索及缓冲机构；

其中所述拦阻索用于分别通过第一连接结构和第二连接结构跨接在两个支撑结构上，且所述拦阻索位于所述第一连接结构和所述第二连接结构两侧的部分连接所述缓冲机构；

所述缓冲机构用于对所述拦阻索施加预紧力，并在待回收火箭接触所述拦阻索后通过配合所述拦阻索的伸缩实现对待回收火箭施加的作用力的缓冲。

2.根据权利要求1所述的火箭回收装置，其特征在于，所述第一连接机构和所述第二连接机构为滑轮或者滑轮组。

3.根据权利要求2所述的火箭回收装置，其特征在于，所述滑轮或滑轮组固设于所述支撑结构的端部，从而所述滑轮或滑轮组用于为所述拦阻索的运动导向。

4.根据权利要求1所述的火箭回收装置，其特征在于，所述两个支撑结构彼此间隔地固定设置于地面上或设置于可移动平台上。

5.根据权利要求1所述的火箭回收装置，其特征在于，所述缓冲机构包括绞盘和缓冲器，其中所述绞盘用于在所述拦阻索伸缩时释放或卷起所述拦阻索。

6.根据权利要求5所述的火箭回收装置，其特征在于，所述缓冲器包括气压缸或液压缸。

7.一种液体火箭，其特征在于，包括子级火箭，其中所述子级火箭远离主发动机一端包括姿态调节机构和卡接机构；其中所述姿态调节机构用于在所述子级火箭返回时调节所述子级火箭的降落姿态，以使所述卡接机构连接如权利要求1-6任一项所述的火箭回收装置中的拦阻索。

8.根据权利要求7所述的液体火箭，其特征在于，所述姿态调节机构包括格栅翼和姿态控制系统；

其中所述格栅翼用于在所述子级火箭降落过程中，通过改变形状或位置调整所述子级火箭受到的气动力，实现对箭体的飞行攻角、姿态的调整，从而确保所述子级火箭按预定的轨迹降落到火箭回收装置附近；所述姿态控制系统通过喷气反推的方式产生反作用力实现对子级火箭飞行姿态的调整，保证所述子级火箭以预定的倾角接触所述拦阻索。

9.根据权利要求7或8所述的液体火箭，其特征在于，所述卡接机构包括固定设置或可伸缩设置于所述子级火箭的拦阻钩，其中所述拦阻钩用于在所述子级火箭返回时挂住所述拦阻索。

10.根据权利要求9所述的液体火箭，其特征在于，所述拦阻钩靠近所述子级火箭的内边沿与所述子级火箭的表面所呈夹角在40-45度的范围内。