我國(guó)民營(yíng)航天事業(yè)蓬勃發(fā)展,,并有多家企業(yè)開(kāi)始嘗試回收復(fù)用,并取得了重大進(jìn)展,,比如藍(lán)箭航天的朱雀三號(hào)完成了10公里高度垂直起降,,而航天科技集團(tuán)的可重復(fù)使用火箭已經(jīng)飛到了12公里高度。
但是,,航天事業(yè)一直都有著極高的風(fēng)險(xiǎn),。
9月22日13時(shí)40分,江蘇深藍(lán)航天在內(nèi)蒙古深藍(lán)航天額濟(jì)納旗航天港實(shí)施了星云一號(hào)首次高空垂直回收飛行試驗(yàn),。
這是中國(guó)第一次可入軌運(yùn)載火箭的高空回收試驗(yàn),。
核心任務(wù)目標(biāo),是驗(yàn)證星云一號(hào)入軌后垂直回收階段各系統(tǒng)工作的正確性和協(xié)調(diào)性,,特別是首次在飛行中驗(yàn)證多機(jī)轉(zhuǎn)單機(jī)變動(dòng)力工況,,為后續(xù)百公里級(jí)回收飛行試驗(yàn)、以及最終入軌+回收試驗(yàn)任務(wù)積累關(guān)鍵數(shù)據(jù),。
遺憾的是,,可回收復(fù)用的一子級(jí)箭體在飛行試驗(yàn)的最后著陸階段發(fā)生異常,試驗(yàn)未取得完全成功,。
《星云一號(hào)首次高空垂直回收飛行試驗(yàn)試驗(yàn)大綱》總共設(shè)計(jì)了11項(xiàng)主要試驗(yàn)驗(yàn)證任務(wù),,其中10項(xiàng)成功完成,1項(xiàng)未完成,。
星云一號(hào)是深藍(lán)航天的第一型可入軌且回收復(fù)用的商用液體火箭,,直徑3.35米,一子級(jí)高度約21米。
它配備的雷霆-R液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī),,由深藍(lán)航天全自主研制,,是中國(guó)第一型90%以上主體結(jié)構(gòu)均采用高溫合金3D打印技術(shù)一體成型的可復(fù)用液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
下一步,,深藍(lán)航天將按計(jì)劃執(zhí)行“星云-1”運(yùn)載火箭一子級(jí)垂直回收飛行驗(yàn)證,,將于2024年實(shí)現(xiàn)“星云-1”運(yùn)載火箭的入軌+回收,正式開(kāi)啟規(guī)模商業(yè)化,。
按照《星云一號(hào)首次高空垂直回收飛行試驗(yàn)試驗(yàn)大綱》,,本次試驗(yàn)過(guò)程驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)情況如下:
火箭按照預(yù)定程序三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火起飛,到達(dá)預(yù)定高度后,,兩側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉,,依靠單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力穩(wěn)定姿態(tài)并減速上升,到達(dá)最高點(diǎn)之后依靠單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)平穩(wěn)下降,,橫移約200米后,,在回收?qǐng)錾峡盏念A(yù)定高度成功解鎖展開(kāi)并鎖定著陸支腿,但是在最后著陸關(guān)機(jī)段出現(xiàn)異常,,導(dǎo)致箭體出現(xiàn)部分損毀,。
本次飛行測(cè)試全程飛行時(shí)長(zhǎng)179s,關(guān)機(jī)前箭體與理論著陸點(diǎn)的誤差小于0.5米,,最后箭體精確落于回收?qǐng)鲋行狞c(diǎn),。
本次試驗(yàn)飛行任務(wù)剖面與預(yù)定程序相符,試驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)施全過(guò)程都在前期安全管控預(yù)案范圍內(nèi),,試驗(yàn)后按照預(yù)定的應(yīng)急處理流程進(jìn)行后處理,,全程未發(fā)生任何安全問(wèn)題。
試驗(yàn)后經(jīng)過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)初步回溯分析,,在最后著陸關(guān)機(jī)段,,發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)推伺服跟隨控制指令出現(xiàn)異常,導(dǎo)致箭體著陸高度超過(guò)設(shè)計(jì)范圍,,箭體出現(xiàn)部分損毀,。
深藍(lán)航天技術(shù)團(tuán)隊(duì)將盡快完成任務(wù)“歸零”,為后續(xù)回收飛行試驗(yàn)的成功打牢基礎(chǔ),。深藍(lán)航天在本次試驗(yàn)總結(jié)以及技術(shù)故障歸零基礎(chǔ)上,11月份將再次執(zhí)行高空垂直回收任務(wù),。
本次飛行測(cè)試在深藍(lán)航天自行建設(shè)的額濟(jì)納旗航天港進(jìn)行,,試驗(yàn)場(chǎng)的地面設(shè)備、加注系統(tǒng),、測(cè)控系統(tǒng),,均由深藍(lán)航天自主研制。
這是國(guó)內(nèi)第一個(gè)完全商業(yè)化的能夠滿(mǎn)足液體火箭發(fā)射和飛行測(cè)試的試驗(yàn)場(chǎng),,地處戈壁腹地,,南側(cè)緊鄰中國(guó)第三大沙漠巴丹吉林沙漠,,周邊都是廣袤的戈壁沙漠無(wú)人區(qū),具有本質(zhì)安全性特征,。
本次試驗(yàn)航區(qū)指向南側(cè)沙漠無(wú)人區(qū),,試驗(yàn)嚴(yán)格按照火箭試驗(yàn)安全管理要求執(zhí)行,開(kāi)展全面風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,、管控,、應(yīng)急方案,確保本次試驗(yàn)的試驗(yàn)安全和公共安全,。
對(duì)于受試產(chǎn)品星云-1入軌火箭一子級(jí)而言,,本次試驗(yàn)僅僅加注了不足1/5的推進(jìn)劑;成功驗(yàn)證了高空垂直回收工況推進(jìn)劑淺箱晃動(dòng)狀態(tài)下的精確姿態(tài)控制,。
本次試驗(yàn)使用了基于動(dòng)基座的高精度自對(duì)準(zhǔn)技術(shù),,以及起飛滾轉(zhuǎn)變射向發(fā)射技術(shù),可以在火箭不改變起豎安裝狀態(tài)情況下滿(mǎn)足全射向發(fā)射需求,,未來(lái)可大大簡(jiǎn)化對(duì)不同飛行任務(wù)的工作量并提升適應(yīng)性,。
本次測(cè)試初步驗(yàn)證了基于最優(yōu)控制的回收航跡優(yōu)化和米級(jí)精度制導(dǎo)算法,為后續(xù)的入軌+回收最優(yōu)控制方法進(jìn)行了工程驗(yàn)證,。
本次試驗(yàn)是國(guó)內(nèi)首次采用開(kāi)式循環(huán)液氧煤油針?biāo)òl(fā)動(dòng)機(jī),,執(zhí)行火箭高空回收測(cè)試任務(wù)。
液氧煤油推進(jìn)劑組合具有綜合運(yùn)載效率高,、產(chǎn)品成本低,、使用安全性和維護(hù)性好等特點(diǎn),是作為商業(yè)使用的液體回收火箭的不二之選,;但由于煤油液-液組織燃燒的困難性,,平滑推力調(diào)節(jié)和穩(wěn)定燃燒一直是煤油調(diào)推發(fā)動(dòng)機(jī)的難點(diǎn)。
針?biāo)夹g(shù)作為解決煤油發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)推的最佳工程實(shí)踐,,是開(kāi)式循環(huán)液體發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)高峰之一,。
本次試驗(yàn)的成功是雷霆-R發(fā)動(dòng)機(jī)首次參與飛行試驗(yàn),中心發(fā)動(dòng)機(jī)在179s飛行中全程進(jìn)行了推力調(diào)節(jié),,實(shí)際調(diào)推指令范圍為110%至58%,,推力調(diào)節(jié)精度優(yōu)于1%,在飛行工況下對(duì)最大幅度達(dá)40%的階躍指令相應(yīng)良好,、推力超調(diào)精度小于2%,。
本次試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)首次采用了專(zhuān)門(mén)針對(duì)入軌級(jí)火箭開(kāi)發(fā)的著陸緩沖機(jī)構(gòu)(著陸支腿)進(jìn)行垂直回收測(cè)試。
為滿(mǎn)足入軌級(jí)火箭苛刻的重量要求,,該機(jī)構(gòu)采用了全碳纖維結(jié)構(gòu)制造,,前期進(jìn)行了緩沖器單機(jī)試驗(yàn)、連接鎖定裝置單機(jī)試驗(yàn)、單支腿的系列展收試驗(yàn),、四支腿和箭體的聯(lián)合展收試驗(yàn)等單機(jī)和系統(tǒng)試驗(yàn),。在前期一系列試驗(yàn)和改進(jìn)的基礎(chǔ)上,該機(jī)構(gòu)是國(guó)內(nèi)首個(gè)進(jìn)入工程化應(yīng)用的著陸緩沖裝置產(chǎn)品,。
在付出重量不大于1.2t,、占火箭空重小于10%的代價(jià)下,可以讓火箭一子級(jí)在攜帶剩余推進(jìn)劑條件下按照總重量不大于15噸,、速度不大于3m/s,,姿態(tài)角不大于5°情況下,安全可靠軟著陸,。
江蘇深藍(lán)航天有限公司(深藍(lán)航天)成立于2016年,,是一家以運(yùn)載火箭研發(fā)、生產(chǎn)及提供商業(yè)發(fā)射服務(wù)為核心業(yè)務(wù)的商業(yè)航天企業(yè),聚焦液體可回收復(fù)用運(yùn)載火箭的研制,。
深藍(lán)航天制造總裝基地位于江蘇省南通市,,在北京亦莊設(shè)有火箭技術(shù)、液體發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)中心,;在山東濟(jì)南建有火箭動(dòng)力測(cè)試基地,;在海南文昌建有發(fā)射基地和文旅教育基地,已獲得國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)證,、武器裝備質(zhì)量管理體系認(rèn)證和國(guó)家相關(guān)保密資質(zhì),。
深藍(lán)航天主打產(chǎn)品為“星云”系列運(yùn)載火箭,包括“星云-1”液體可回收復(fù)用運(yùn)載火箭,、“星云-2”液體可回收復(fù)用運(yùn)載火箭,,與之配套的“雷霆”系列液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)則分別為“雷霆-R1”液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)、“超級(jí)雷霆”液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī),。
2021年7月23日,,深藍(lán)航天完成了國(guó)內(nèi)首次液氧煤油火箭垂直起飛和垂直降落(VTVL)自由飛行,即被稱(chēng)之為“蚱蜢跳”的運(yùn)載火箭垂直回收飛行試驗(yàn),。
2021年10月13日,,深藍(lán)航天再次成功完成百米級(jí)VTVL垂直回收飛行試驗(yàn)。
2022年5月7日,,深藍(lán)航天成功完成公里級(jí)VTVL垂直回收飛行試驗(yàn),,成為了全球第二家完成液氧煤油火箭垂直回收復(fù)用全部低空工程試驗(yàn)的公司(第一家為美國(guó)的SpaceX)。
2022年6月29日,,深藍(lán)航天20噸級(jí)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)“雷霆-R1”試車(chē)圓滿(mǎn)成功,。
2022年9月29日,深藍(lán)航天完成中國(guó)商業(yè)航天首次可重復(fù)使用液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)二次起動(dòng)試車(chē),。
10月8日,同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在不下臺(tái)狀態(tài)下再次進(jìn)行了二次起動(dòng)試車(chē),一次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作20s,,二次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作20s,,再次取得圓滿(mǎn)成功,標(biāo)志著“雷霆-R1”發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)具備了可重復(fù)使用能力,。
2023年6月,,深藍(lán)航天自主研制的可重復(fù)使用發(fā)動(dòng)機(jī)“雷霆-R1”在深藍(lán)航天新投入使用的立式試車(chē)臺(tái)位整機(jī)考臺(tái)試車(chē)取得圓滿(mǎn)成功。
本輪試驗(yàn)的同一臺(tái)“雷霆-R1”發(fā)動(dòng)機(jī)共進(jìn)行了數(shù)次整機(jī)全系統(tǒng)試車(chē),,以及數(shù)十次不同工況的起動(dòng)測(cè)試和點(diǎn)火測(cè)試,,再次凸顯“雷霆-R1”發(fā)動(dòng)機(jī)可重復(fù)使用的優(yōu)越性能和穩(wěn)定性能。
6月29日,,深藍(lán)航天可重復(fù)使用發(fā)動(dòng)機(jī)“雷霆-R1”再次整機(jī)全系統(tǒng)試車(chē),,進(jìn)入常態(tài)化試車(chē)階段。
7月,,深藍(lán)航天完成國(guó)內(nèi)首次使用非火工連接解鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行的整流罩分離試驗(yàn),。
8月,深藍(lán)航天“雷霆-R1”發(fā)動(dòng)機(jī)首次立式試車(chē)臺(tái)整機(jī)試車(chē)120秒圓滿(mǎn)成功,。
8月15日,,深藍(lán)航天液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)“雷霆-R1”國(guó)內(nèi)首次三次起動(dòng)整機(jī)試車(chē)圓滿(mǎn)成功。
8月23日,,深藍(lán)航天完成國(guó)內(nèi)首次液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)全飛行時(shí)序三次起動(dòng)試車(chē),。
10月18日,深藍(lán)航天液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)“雷霆-R1”420秒長(zhǎng)程試車(chē)圓滿(mǎn)成功,。
11月20日,,深藍(lán)航天液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)“雷霆-R1”整機(jī)40%-100%在線變推力試車(chē)圓滿(mǎn)成功。
12月,,深藍(lán)航天“星云-1”液體可回收復(fù)用運(yùn)載火箭著陸支腿展收試驗(yàn)取得圓滿(mǎn)成功,。
2023年12月至2024年1月,深藍(lán)航天“雷霆-R1”發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)搖擺試車(chē)取得圓滿(mǎn)成功,。
3月,,深藍(lán)航天“星云-1”火箭一子級(jí)三機(jī)狀態(tài)動(dòng)力系統(tǒng)試車(chē)圓滿(mǎn)成功。
4月,,深藍(lán)航天“星云-1”火箭一子級(jí)200秒長(zhǎng)程動(dòng)力系統(tǒng)試車(chē)圓滿(mǎn)成功,。4月,深藍(lán)航天“星云-1”級(jí)間分離反推動(dòng)力裝置性能驗(yàn)證試驗(yàn)圓滿(mǎn)成功,。
5月,,深藍(lán)航天“星云-1”火箭一子級(jí)回收著陸段系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和落震試驗(yàn)取得圓滿(mǎn)成功。
6月,,深藍(lán)航天“星云-1”火箭柵格舵展開(kāi)性能試驗(yàn)取得圓滿(mǎn)成功,。
7月,,深藍(lán)航天“星云-1”火箭一子級(jí)三機(jī)并聯(lián)全時(shí)序動(dòng)力系統(tǒng)系列試車(chē)圓滿(mǎn)成功。