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源码成员企业凌空天行“天行Ⅰ-1”首次水平回收技术验证火箭试飞成功

源码资本 · 2019-04-24
在国内火箭回收重复使用技术的探索之路上迈出了历史性的一步。

编者按:本文来自微信公众号“源码资本”(ID:sourcecodecapital),作者凌空天行,36氪经授权发布。

2019年4月23日上午7时28分,源码成员企业凌空天行 “天行Ⅰ-1”火箭完成首次飞行试验,圆满完成试验载荷任务!

“天行Ⅰ-1”火箭是凌空天行公司研制的通用化、可重复使用的火箭运载平台。本次飞行为厦门大学航空航天学院与凌空天行公司基于 “天行Ⅰ-1”共同研制的 “嘉庚一号”试验运载火箭。火箭总长8.7m,翼展2.5m,起飞质量3700kg,全程亚轨道飞行,最大飞行速度超过4300km/h。

“嘉庚一号”主载荷为厦门大学XTER双乘波体飞行器,同时搭载了西安电子科技大学空间技术学院研制的舱内无线通信系统和临近空间高能粒子探测系统。本次飞行试验成功获取了真实飞行过程中的各项试验数据,圆满完成了客户试验需求。同时也验证了包括地面无线测发控、低成本电气系统等在内的多项关键技术,为后续火箭重复使用技术的研究奠定了坚实的基础。

源码成员企业凌空天行“天行Ⅰ-1”首次水平回收技术验证火箭试飞成功

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源码成员企业凌空天行“天行Ⅰ-1”首次水平回收技术验证火箭试飞成功

“天行Ⅰ-1”火箭首次飞行现场图

凌空天行成立于2018年8月,致力于解决商业航天领域中发射高成本的问题,为客户提供高可靠、高性价比、便捷的航天运输服务。

公司基于自身在运载发射和再入回收方面的丰富技术积累,结合国内商业航天的市场客观发展节奏,形成了“天行”系列可重复使用火箭产品,服务于国家航空航天飞行试验、商业小卫星发射、载人太空旅游等领域。

“天行Ⅰ”作为可重复使用的高超声速运载器,可满足目前国内对高超声速总体、气动力\热、控制、材料等多学科的真实飞行试验环境获取或设计结果验证需求,为我国高超声速研究领域提供商业化、可靠、低成本的飞行试验解决方案。

“插上了翅膀”的火箭

提起航天,大家自然都会联想到发射卫星和各种外太空探索任务。谈及最近火热的民营航天,包括先驱者美国SpaceX公司,以及国内雨后春笋般的十几家企业,大多都以发射卫星为主要业务模式。而我们今天将会了解一家十分特别的民营航天企业——北京凌空天行科技有限责任公司(以下简称凌空天行)。他们成功研制并发射了一款独特的可回收火箭,将业务范围从航天运载拓展到了更为广阔的领域。

凌空天行此次发射的“天行Ⅰ-1”,看起来就像是一枚“装上了翅膀”的火箭,它用火箭发动机提供起飞阶段的升空动力,进入大气层边缘后逐渐转为平飞状态,利用机翼在稀薄大气获得足够的升力保持稳定飞行。

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图1:天行Ⅰ-1火箭概念图

源码成员企业凌空天行“天行Ⅰ-1”首次水平回收技术验证火箭试飞成功

图2:总装车间里整装待发的“天行Ⅰ-1”火箭

火箭新的应用领域探索

“天行Ⅰ-1”火箭,既能进出太空,也能在高空大气层内按照指定的航迹平稳飞行。以其独特的优势,天行Ⅰ-1的应用首先瞄准了空天科学技术试验这一空白领域。特别是临近空间区域,不仅是未来重要的飞行走廊,也是往返进出太空的必经之地,但人类对它的认识还刚刚起步,探索其中的科学奥秘需要开展大量的飞行试验。天行系列可在临近空间自由飞行,为开展科学研究、新技术验证、环境测试提供一个可重复使用高速试验平台。

源码成员企业凌空天行“天行Ⅰ-1”首次水平回收技术验证火箭试飞成功

图3:“天行Ⅰ-1”结构分解图

此次飞行试验充分体现了凌空天行的火箭总体设计能力,还验证了包括地面无线测发控、低成本电气系统等在内的多项关键技术,同时还为厦门大学和西安电子科技大学的科学试验提供了“飞行风洞”试验服务,获得了准确和丰富的飞行数据。

厦门大学基于“天行Ⅰ-1”火箭平台,与凌空天行公司共同研制了“嘉庚一号”试验运载火箭。火箭头部安装了厦门大学的试验模型,对他们设计的一款新型发动机核心部件进行了高速空气动力学试验。

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图4:安装于头部的厦门大学空气动力学试验模型

西安电子科技大学利用此次发射同时开展了临近空间科学观测实验和多项新技术验证试验。他们在“天行Ⅰ-1”内安装了两部高能粒子探测器,对能够穿透仓壁进入飞行器内部的多种高能粒子进行统计。这些探测器将长期安装在天行系列飞行器上,在后续的多次飞行中,逐渐累积临近空间不同高度的测量数据,将会对未来空天飞机的电子系统可靠性设计、人身安全剂量评估提供十分有价值的参考。

西安电子科技大学还搭载了10部新技术验证载荷。其中包括新型的一体化无线高清摄像系统,将传统的高清摄像机、图像压缩器、无线传输等三部单机集成化,体积缩小了十几倍,功耗降低至3-5瓦,并作为“天行Ⅰ-1”的主摄像机,完整拍摄了掠过大气层边缘的全过程。他们还开展了舱内UWB无缆化信息传输技术的体系化验证,同时验证了伺服控制回路、图像数据流、多点传感器网络的高实时性无缆化传输技术。

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图5:西安电子科技大学新技术验证载荷 上:UWB舱内无缆化信息传输系统; 中:一体化高清摄像机;下:粒子探测器

天行系列的后续型号还将具备多级动力,第一级突破大气层边缘后,第二级分离点火进入太空,提供卫星入轨发射服务。通过航空与航天技术的完美结合,提供从大气层到外太空全空域的飞行能力,不仅可用于提供卫星发射等常规运载服务,还可以提供空天科学试验、太空观光旅行、以及高速的点对点运输及客运服务。

“天行Ⅰ-1”不仅仅克服了技术上的挑战,还在于业务模式和服务理念的创新。“天行Ⅰ-1”以便捷高效的模式,把空天飞行试验变为一种标准化服务。天行1号的使命,就是为推动科学技术和航天技术进步,提供强有力的“助推器”,成为高校、科研院所、企业的飞行试验服务平台。

厦门大学航空航天学院尤延铖教授谈到,高速空气动力学试验的周期是一直困扰着我们的头疼的事。特别是少数几个高速风洞都要优先保障服务国家重大型号工程,高校科学研究排队时间可能长达一年以上,而且可提供的试验状态有限。这次选择天行1号进行飞行试验,从提出意向到确定方案、再到发射,总共只用了四个月的周期。而且这次飞行获得数据质量、数量和完整性都很好,试验完的模型也能回收进一步分析,测量分析设备还可以重复使用,性价比很高。这对我们空气动力学领域来说,是一件非常有价值的事。

西安电子科技大学空间科学与技术学院谢楷教授在提起这次搭载时说:以如此方便快捷的方式购买航天试飞服务,这是过去难以想象的事情。他谈到科研本身就是一个高风险的领域,过去航天发射的代价极为高昂,追求“万无一失”其实在某种意义上让技术进步变得谨小慎微。而可重用飞行器的出现将新技术实验和试错的代价降低到一个普通课题组都可以承受的范围,这让科研人员敢放开手脚去尝试,将极大地促进创新迈进的步伐。

他还提到,不同于传统航天的型号任务主导模式,商业航天公司提供了全套的发射和数据遥测服务,而且尽力满足我们开展研究所需的外部条件,让科研人员实现自己主导科学实验任务。例如我们在论证未来载人空天飞机的过程中,怀疑大气层边缘一些残余的宇宙射线和高能粒子可能对人体有害,可能需要一定的防护措施。但这段空域在国际上实测数据也十分稀少,那就可以自己试制一台探测器去实际测量一下,就和我们去实验室做个测试一样方便平常,这是过去简直不敢想象的事情。

太空旅行不是梦

天行系列火箭将来会是一个系列化的飞行平台,提供从科学试验到运载入轨等多种航天服务。当其面向空天科学试验时,可作为独立的运载器,实现可往返的亚轨道飞行,相比传统单次使用模式,最终可将发射成本降为十分之一以内。

在天行I号的基础上配装二级入轨火箭,可用于小卫星组网和补网的发射。其成熟的一级回收、重复使用技术,将来可在小卫星发射市场中占据成本优势。

可重复使用技术未来可能会催生新的廉价太空旅游产业。放眼未来,将整个地球村纳入1小时商圈范围,以读者们都可以买得起的票价,提供亚轨道飞行、太空旅游和全球快速运载服务,也是公司未来的发展愿景和终极梦想。

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