• 未來火箭不僅帶翅膀 而且更“聰明”

    發布時間 : 2018-04-08     來源 : 中國運載火箭技術研究院新聞中心

    經常觀看火箭發射的朋友可能會注意到,火箭大都是軸對稱式的圓筒形狀。而未來,火箭從內到外都將發生巨大變化,不僅在外形上增加翅膀,而且擁有更加“聰明”的大腦,發射方式也有所不同。
         


    △長著“翅膀”的重復使用火箭概念圖

     
    一對“翅膀”:重復使用降成本


        現在的火箭,多是一次性運載工具。如果在火箭上增加一對翅膀,使它在將衛星等航天器送達目的地后安全返航、重新加注燃料還能再次發射,將大幅降低發射成本。
        中國運載火箭技術研究院(以下簡稱“火箭院”)研發中心設計師馬婷婷介紹,為了降低單次發射成本,提高在國際商業航天市場上的競爭力,國內外紛紛開展重復使用火箭技術研究。
        目前,重復使用火箭與現在的火箭在外形上最大的不同是,它有一對翅膀。
        俄羅斯在2001年的第44屆巴黎航展上展出了“貝加爾可重復使用運載器”的全尺寸模型。該運載器為飛機與火箭的結合體,完成任務后可返回預定機場。按照設想,它能夠執行25次發射,未來或達200次。
        2009年5月,美國空軍研究實驗室(AFRL)開始了可重復使用助推系統(RBS)研究,它是一枚長著翅膀的火箭助推器,可以在發射后返回并著陸在發射場附近的飛機跑道上。2012年,RBS項目轉為更先進的概念方案研究,也就是“實驗性太空飛機”(XS-1)項目,由美國國防預先研究計劃局負責。XS-1是一種可以重復使用的太空飛機,預計可在10天內發射10次,目前計劃在2020年完成首飛。
        火箭院面向太空旅游需求,也正在開展重復使用運載器研究,它的外形像飛機,起飛時像火箭一樣垂直起飛,返回的時候則像飛機一樣水平降落,可將游客送至距地面20~100公里的空域。

     


    △火箭院太空旅游項目飛行器外形


    電磁發射技術:靈活 無污染

     


    △重復使用火箭發射概念圖


        要想讓未來的火箭在短時間內實現多次發射,發射方式也需要創新。
        當前,火箭發射主要是化學發射方式,即利用化學能產生動能,它最大的弊端在于準備周期長,有的推進劑會產生污染。
        而未來,火箭有望采用一種新概念的發射技術——電磁發射技術。
        研發中心設計聞悅介紹,很多國家都曾經設想過航天電磁發射,比如美國NASA提出過MagLifter、ARTS等項目,利用電磁軌道發射飛行器入軌;德國空氣動力學會提出過EMAIL項目,利用電磁軌道發射小型衛星等。

      


    △電磁發射概念圖


        電磁發射技術利用電磁力或電磁能將物體推進至高速或超高速,通過將電磁能轉化為動能,可在短距離內將幾十噸的載荷加速至高速,突破傳統發射方式的速度和能量極限。
        其最大的優勢在于靈活性好,準備周期短,只需將火箭安裝至發射裝置中的導軌上便能快速加速。此外,由于不用推進劑,火箭發射成本相對較低,發射次數越多經濟性越好。在發射過程中,火箭也不會產生污染物,是一種“綠色”發射方式。
        但是,電磁發射技術距離實際應用還尚有距離,很多難題還沒有完全解決,如發射中對電能的需求量非常大。此外,電磁發射裝置的規模也非常龐大。
        不過,可以預見,隨著科學技術的不斷進步,這些難題都將陸續被破解。


    “聰明”的大腦:靈活應對突發狀況


        研發中心設計師李鑫介紹,隨著人工智能、智能制造技術的快速發展,當前,各航天大國都在研制更加智能的航天器。美國正在開展可實現智能編隊和高精度集群控制的分布式自主航天器(ADS)研究,該項目利用智能技術,力求實現多艘自動無人航天器互相通信、協調,進而編隊組網,目前項目正在驗證中。歐空局也已研制出用于發射人造衛星和宇宙飛船的人工智能系統Sysbrain,并將其應用到自動轉移飛行器ATV-2上,該智能系統可以預測飛行器將要發生的故障并迅速找到解決方案。
        那么,智能技術又將給火箭帶來怎樣的變革呢?答案是,更“聰明”的大腦,更強大的計算能力,更靈巧的執行能力。
        更“聰明”的大腦體現在它具有強大的自主分析、判斷與決策的能力,能夠根據自身的處境,獨立完成精確制導與控制,更加靈活地規劃自己的飛行路線。
        在應對突發狀況方面,現在的火箭都是按照預先設定好的程序指令行事,飛行過程中,萬一出現異常,它只能按照預設的故障模式進行處理。假如不幸的話,火箭遭遇的剛好是一種設計師們沒有預想到的故障模式,那么,它的命運就堪憂了。
        而未來的火箭將從一個事事聽從指令的“乖乖寶”成長為獨立自主的“有為青年”,它能夠給自己“體檢”,在飛行前或者飛行過程中,一旦發現設備有異常,能緊急處理,自主利用備份單元進行恢復,極大提升發射成功率,更聰明、更智能。

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