導語:2024年9月11日,藍箭航太的朱雀三號可重複使用垂直回收試驗箭完成了10公里級以及國內首次的發動機空中二次點火回收試驗,標誌著我國商業航太在可重複使用運載火箭技術上,取得了重大突破。科普中國對朱雀三號總指揮戴政進行專訪,帶來更多本次試驗的亮點技術解讀,和朱雀三號的研製進度。以下為採訪實錄:
朱雀三號VTVL-1 十公里級垂直回收測試成功,這個過程中有哪些技術的亮點?
戴政:我認為主要有兩大亮點。
第一大亮點是我們這一次實際上是國內第一次在可回收垂直起降火箭上,運用了空中二次點火技術來進行回收的動作。
第二個我們在這款火箭上運用了國內首次的準即時風修的彈道設計的技術,那麼這兩項技術實際上都是為了我們將來可復用火箭的研製,或者說可復用火箭真正能夠投入使用去做鋪墊和預先的技術驗證。
將來的真正的入軌級的可復用的運載火箭朱雀三號,它的一級再回來的時候,也是需要空中再點兩次火,這種工況空中再次點火,就面臨著推進劑管理以及在高速返回在大氣層當中穿行的時候,會產生氣動的反壓作用在發動機上,那麼在這種條件下能不能可靠的點火,這些條件我們都是需要通過真實的飛行去驗證,我們這次驗證了空中的二次點火,這也是在國內首次。
圖為長征八號火箭發射
那麼第二點就是要驗證或者說我們要去探索和實踐“準實時風修”的技術。相比我們傳統的運載火箭的“射前風修”技術不太一樣,“射前風修”的技術實際上是我預先設計的,比如說4條彈道,這4條彈道會根據我們射前去預測一下,發生那一天的風速風向,我從這4條彈道當中挑一條,那麼無論挑的是哪一條,彈道一定是預先設計好的,實際上相當於是都已經設計好所有驗證工作,設計工作都是已經做完的從中選擇一條就可以了。就相當於擺在我面前的有4張牌,我挑一張牌打出出去而已。
這次在我們10公里級的垂直起降飛行測試當中,我們用的是“準實時風修”的技術,就是說在射前1天,預測發射當天的風速風向等內容來確定發射視窗。
那麼通過這個風速風向可以馬上在很短時間內進行風修彈道的設計,把上升段的攻角以及回收段的相對風速(風場)的條件,控制在一個非常合理的範圍內,這樣的話為就可以為我們垂直回收創造一個比較好的條件。
這對整個設計模式產生很大的變化,相當於是我要在很短的時間內進行設計,包括制導控制要進行模擬,整個鏈條要走完,最後生成射前諸元要傳到計算機去進行飛行,這就有點像我其實不是預先設計好了4張牌,而我是一張白紙,考官告訴我說明天是這麼一個條件,我在這張白紙上寫下我的答案或者寫下我的牌,我再把它打出去,它變成這麼一個過程。所以其實對我們的整個專業內幾個鏈條的設計工具都產生了很大的挑戰,我們也開發了相應的一套設計系統和設計工具來支撐我們這樣一個設計手段的實現,今天也是在這樣一個過程中得到了充分的驗證。那麼這項技術後續我們也會運用到我們的朱雀二號改進型,以及朱雀三號垂直回收火箭當中去,來提高我們發射以及回收的成功率。
今天的風很大,站都站不住,對這次的這種發射測試有什麼影響嗎?
戴政:這次的風場條件確實比前面兩個月要大而且複雜不少,確實比較惡劣。但是我剛才說的就是一方面它還沒有超過我們設定的風速和風向條件的最大範圍,我們也運用了“準實時風修”的技術,就是在射我們前一天去預測風場條件,只要預測條件跟實際的情況在一個比較小的差異範圍內,我們針對這樣的一個風場條件去做的對應的風修彈道的設計,就能夠把這些風場帶來的不利因素給它消除掉,來實現我們整個回收的過程。
您對於這次的落點精準度打幾分?
戴政:目前詳細數據還沒有出來,但是就從肉眼觀察上,應該是在幾米量級,其實是完全達到了我們的設計目標,因為我們的設計指標其實是10米之內,
這次的測試比上次增加了柵格舵以及有一些聯合制導的系統,您能介紹一下都有什麼升級嗎?
戴政:這一次的回收過程也是在國內首次進行了空中二次點火,空中二次點火就意味著這個飛行過程中有一段時間發動機是不點火的,處在一個無動力的狀態。
火箭一旦處在無動力的狀態,本身發動機的控制能力就沒有了,這時候我們需要通過柵格舵利用氣動來控制,還有我們在箭上也裝了冷氣的小噴管,冷氣姿控和柵格舵配合在一起進行復合姿態控制。
這項技術也是為了我們將來回收火箭去做預先的技術鋪墊,聯合控制的手段和方式,也是我們第一次在飛行中驗證。
這次的成功也標誌著我們的朱雀三號有了技非常強大的技術基礎,後續朱雀三號進展如何?
戴政:目前我們的朱雀三號各項研製還是比較順利,按照我們前期的研製策劃和計劃在穩步推進,我們還是瞄著2025年6月份進行首飛這麼一個目標在邁進。
首飛就會去做回收實驗,但如果說我們的運氣足夠好,回收實驗實際上是具備落回到地面的能力和條件的。當然我們是希望它能夠最終落回地面,但也有可能在整個回收的過程當中,到某一個階段有可能會出現一些我們預想之外的問題暴露出來,可能就沒有辦法安全地回到地面,或者說沒有辦法平穩地回到地面。
受訪人:戴政 藍箭航太朱雀三號總指揮
採訪人:房廣林 科普視頻創作者
審核:周炳紅 中國科學院國家空間科學中心研究員
顯示:中國科協科普部
監製:中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司