长征5号运载火箭总设计师:中国航天运输系统发展及未来趋势展望

长征5号运载火箭总设计师:中国航天运输系统发展及未来趋势展望
李东
-研究员
-博士研究生导师
-现任长征五号、长征五号B运载火箭总设计师
文章摘要:航天运输系统是开展一切空间活动的最重要基础和前提,是一个国家综合实力的重要标志之一。在对世界航天运输系统发展特点进行深入分析的基础上,结合建设航天强国和世界一流航天运输系统的总目标,对中国航天运输系统的发展现状、发展需求与不足进行系统梳理,对中国航天运输系统的未来发展趋势进行展望,并提出了一次性运载火箭、空间转移运载器、重复使用航天运载器和新概念航天运载器4个方向的重点建设目标,最终构建能力强大、覆盖全面、性能先进的航天运输系统。

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航天运输系统是指往返于地球表面和空间轨道之间,或在不同轨道之间完成载荷转移的运输工具的总称。航天运输系统一般可分为一次性运载火箭、空间转移运载器、重复使用航天运载器等。
航天运输系统是一个国家自主进出空间能力的集中体现,是独立自主利用空间的基本前提和基础,是和平利用外层空间、维护国家空间利益、实现和保持空间安全的核心能力。航天运输系统的运载能力有多大,航天的舞台就有多大。习近平总书记提出“发展航天事业,建设航天强国”的战略目标,指出“探索浩瀚宇宙,发展航天事业,建设航天强国,是我们不懈追求的航天梦”。党的十九大报告中也明确了建设航天强国的宏伟目标。建设航天强国是新时代航天人的历史使命,是构筑强国梦、中国梦的战略性工程。以运载火箭为代表的航天运输系统,是建设航天强国的基础和前提,是落实国家创新驱动发展战略,实现“两个一百年”发展目标的重大科技创新,对促进中国国民经济建设、构建中国现代军事力量体系、捍卫中国太空安全和国防安全具有重要意义。


1、世界航天运输系统发展特点及思考

1.1  一次性运载火箭

自1957年人类第一次用运载火箭发射人造卫星以来,一次性运载火箭一直是人类航天运输的主要工具。自从20世纪50年代至今,世界主要航天国家共研制成功了约400个火箭构型,累计进行了近6000次发射。
早期的运载火箭多源于战略导弹,根据任务需求,在导弹基础上开发专用型运载工具(如苏联的“东方号”“联盟号”,美国的“宇宙神”“德尔塔”“大力神”等),受箭体直径、发动机、电气技术等限制,运载能力覆盖有限,需要不断为新任务改进运载火箭,如美国的“德尔塔”系列先后发展了50余种构型,苏联的“联盟号”先后发展了包括“上升号”“闪电号”等20余种构型。
为争夺太空制高点,满足国家战略需求,自20世纪90年代以来,美国、俄罗斯、欧洲、日本等主要航天国家和地区,相继开发了各自的新一代一次性运载火箭,研制了“宇宙神-5”(Atlas-5)、“德尔塔-4”(Delta-4)、“安加拉号”(Angara)、“阿里安-5”(Ariane-5)、H-2A/B等主力火箭。这些火箭普遍遵循模块化、通用化、系列化的发展思路,采用无毒无污染推进剂,在系统可靠性、任务适应性等方面得到大幅提升。在此基础上,进入21世纪,国外航天研发机构和商业公司又纷纷提出了下一代主力运载火箭研制计划,包括美国的“火神”(Vulcan)、“新格伦号”(New Glenn),俄罗斯的“联盟-5”,欧洲的“阿里安-6”和日本的H-3火箭等,在提升性能指标的同时,均把降低发射成本、提升任务的灵活性和适应性作为主要研制目标。
近年来,随着美国SpaceX公司的“猎鹰-9”系列火箭成功发射及应用,运载火箭发射市场中私营航天的力量逐渐崭露头角,创新能力和竞争能力不断增强,商业发射市场的竞争日趋激烈。“猎鹰-9”系列火箭凭借其火箭子级和整流罩的回收与复用技术,以及先进研发模式获得了低成本优势,不断扩大发射市场的占有份额,改写着运载火箭的发展历史。
在重型运载火箭方面,随着20世纪六七十年代第一轮载人登月竞赛落下帷幕和冷战的结束,世界上唯一成功服役过的重型火箭“土星5号”也随之退役。近年来,美国在深空探测需求牵引下,开展了重型运载火箭太空发射系统(Space Launch System, SLS)的研制工作。尽管该项目继承了航天飞机的发动机、大直径箭体结构、固体助推器等大量成熟技术,但是由于技术和管理上的诸多困难和问题,SLS研制进度出现严重滞后。俄罗斯以载人登月为需求和目标,充分利用RD-171和RD-180等成熟发动机,以“联盟-5/6”火箭的研制为基础,通过捆绑来构成“叶尼塞号”(Yenisei)重型火箭,但由于研制周期比较长、载人登月的需求过于单一、以及经费因素制约,其重型火箭计划的不确定性非常突出。而美国SpaceX公司利用其“猎鹰-9”的并联捆绑技术,研发成功了“猎鹰-9”重型火箭,低轨运载能力达63 t,成为目前在役运载能力最大的火箭。同时,两级可完全重复使用的“超重-星舰”(Super Heavy-Starship, SHS)的研制也正在快速进行中。

1.2  空间转移运载器

空间转移运载器是用于不同轨道之间转移运输的一种运载器,如上面级、轨道转移飞行器等。它是传统运载火箭的延伸和拓展,是航天运输系统的重要组成部分。它最早的形式是运载火箭上面级或末级,多用于低地球轨道(Low Earth Orbit, LEO)到地球同步转移轨道(Geosynchronous Transfer Orbit, GTO)或GTO到地球静止轨道(Geostationary Orbit, GEO)的转移,如美国早期的有效载荷辅助舱(PAM)、有效载荷辅助舱D(PAM-D),中国的近地点变轨火箭发动机(EPKM)、自旋稳定固体上面级SM、三轴稳定固体上面级SMA等。空间转移运载器一般具有独立的动力系统和控制系统,不参与基础级运载火箭的飞行控制,是实现航天器快速部署、重构、扩充和维护的保障,是开发和利用空间资源的载体。空间转移运载器经历了半个多世纪的发展,主要在3个方面取得了长足的进展:①性能不断提高,推进剂不仅限于固体与常规液体,还拓展到低温推进;②通用化、模块化发展水平不断提升,任务拓展性逐渐增强,执行航天运输任务的快速性和经济性持续提高;③长期在轨能力不断增强,任务适应能力日益拓展。
未来,将继续重点围绕上述3个方面不断提升空间转移运载器的技术水平。美国联合发射联盟(ULA)公司提出的先进通用渐进级(ACES)方案具有无限点火能力,并将氢氧低温上面级的在轨工作时间从以往的几小时提升至几星期,可用于地月转移或深空探测等任务。

1.3  重复使用航天运载器

国外对于重复使用航天运载器的研究始于20世纪50年代,以美国的研究最具代表性,从1981年航天飞机成功实现首飞到2011年退役,5架航天飞机共进行了135次飞行,实现了人类首个可部分重复使用航天运载器的工程应用。但由于其技术过于复杂,使用维护不便,直到退役,仍未到达设计之初的大幅简化使用维护需求、提高发射频度、降低成本的目标。而近年来,美国SpaceX公司的“猎鹰-9”火箭的垂直起降重复使用技术已逐渐成熟,并在商业发射市场取得了越来越明显的优势。
重复使用航天运载器从动力形式上有火箭动力和组合动力2种,从回收方式上主要分为垂直回收和水平着陆回收。根据动力和回收方案的不同组合方式,目前重复使用主要有3种典型技术途径:火箭构型重复使用、升力式火箭动力重复使用、组合动力重复使用。
(1)火箭构型重复使用航天运载器的特点是轴对称构型,使用火箭发动机、降落伞等方式、实现返回减速,最终实现回收复用。这种方案以美国SpaceX公司“猎鹰-9”火箭(图1)为代表。2015年12月22日,在历经多次失败后,“猎鹰-9”火箭首次实现了陆上垂直回收。目前,“猎鹰-9”火箭实现了单一一级模块12次复用,中转周期最短为27 d,垂直起降回收技术已完全成熟,并取得了商业上的巨大成功。
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图1  “猎鹰-9”火箭及一子级回收示意图

(2)升力式火箭动力重复使用航天运载器的特点是采用面对称翼身组合体升力式构型,上升段使用火箭发动机,返回时采用火箭发动机离轨、大气层内无动力滑翔,兼具航空器和航天器的特点,能够垂直起飞、水平着陆,以美国的航天飞机为代表(图2)。
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图2  “亚特兰蒂斯号”航天飞机

近年来美国SpaceX公司提出的“超重-星舰”方案(图3),采用前2种技术途径的组合,上升段采用火箭动力,回收段基于火箭动力和升力体气动减速2种方案的组合,实现了两级完全可重复使用,目前正在开展入轨级飞行试验的准备。研制成功后,它将成为有史以来人类最大运载能力且可完全重复使用的航天飞行器。
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图3  “超重-星舰”方案

(3)组合动力重复使用航天运载器是指基于组合动力发动机(火箭基组合循环、涡轮基组合循环、预冷空气涡轮火箭组合循环、涡轮辅助火箭增强冲压组合循环等)的运载器。技术特点是动力技术难度大,但起降灵活,效率高,适应大空域飞行。目前世界各国在此领域仍以前期技术探索和关键技术攻关为主。
从世界航天运输系统的发展历程看,航天运输系统的发展共经历了3个方面的拓展。
(1)概念的拓展:由一次性运载火箭拓展到包括一次性运载火箭、重复使用运载火箭、天地往返运输系统及空间运输系统在内的综合航天运输系统。
(2)任务的拓展:由单纯的入轨运输,逐渐向天地往返运输、在轨维修服务、深空运输、空间救援等方向发展;从“进入空间”为主,到具备“进入空间、空间转移、空间返回”的能力。
(3)航天运输技术本身的拓展:除满足基本的运载能力、入轨精度要求外,进一步向“可靠、安全、环保、快速、机动、廉价”等方面发展。特别是近年来,重复使用技术的新突破使得未来进入空间的成本和门槛不断降低,空间活动规模在现有基础上的大幅扩大已成为可能。


2、中国航天运输系统发展现状、需求与挑战

2.1  发展现状

中国航天运输系统的建设起步于20世纪60年代。1970年中国第一型运载火箭长征一号(CZ-1)成功发射“东方红一号”卫星,标志着中国具备独立、自主进入空间的能力。目前,中国航天运输系统的主要代表是长征系列运载火箭、远征系列轨道转移运载器(上面级)。另外,“快舟”“捷龙”等系列运载火箭,以及正在发展中的民营航天公司的运载火箭也都在快速成长中。
目前,长征系列运载火箭实现了从常温推进到低温推进、从串联到并联、从一箭单星到一箭多星、从载物到载人、从末级一次启动到多次启动、从仅发射地球轨道卫星到发射行星际探测器、从火箭将卫星直接送入轨道到通过上面级实现大范围变轨与轨道布署的技术跨越,具备将不同有效载荷送入低、中、高不同地球轨道的能力。2020年长征五号成功发射“天问一号”火星探测器,标志着中国火箭首次具备发射第二宇宙速度的行星际探测器的能力。中国形成了型谱完整的长征系列火箭和远征上面级家族。航天运输技术的发展推动了中国卫星技术的发展,以及载人航天和深空探测技术的发展,有力支撑了以 “载人航天”“北斗导航”“月球探测”“火星探测”为代表的中国国家重大工程的成功实施,是确保中国航天60多年持续发展、取得辉煌成就的最重要基础和支撑。
2.1.1 一次性运载火箭
长征系列运载火箭构建了以CZ-2C、CZ-2D、CZ-2F、CZ-4系列、CZ-3A系列为代表的系列运载火箭(图4),和以CZ-5、CZ-5B、CZ-6、CZ-7、CZ-7A、CZ-8、CZ-8(不带助推器)、CZ-11等为代表的新一代运载火箭(图5)。
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图4  常规长征系列运载火箭

 

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图5  新一代长征系列运载火箭

2015年以来,随着新一代运载火箭的成功研制及工程应用,中国实现了LEO运载能力从8.6 t至25 t级,GTO运载能力从5.5 t至14 t级的跨越,进入空间能力达到世界一流水平,应急快响发射周期从周级跨越至小时级,填补了运载火箭海上发射领域空白。特别是长征五号系列火箭(图6)的成功研制,使中国火箭的高、低轨运载能力提升到上一代长征火箭的2.5倍和2.9倍,总体技术水平达到国际先进水平。
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图6  长征五号系列运载火箭

新一代运载火箭的成功研制,使得中国长征系列运载火箭的整体技术水平达到国际先进水平,运载火箭的研制基础能力和技术水平取得了巨大进步,具体表现在以下几方面。
(1)总体设计能力显著提升。新一代运载火箭采用全新的动力系统和结构方案,研制过程中突破了全新的火箭构型、大型助推器前支点传力与超静定捆绑、复杂力/热环境预示及防护、大质量柔性体分离、大型复杂弹性火箭稳定性控制等关键技术,火箭整体技术水平取得了跨越式发展。
(2)箭体结构设计、试验与制造能力实现升级换代。其中,CZ-5大型火箭的成功研制,突破了中国火箭箭体主结构沿用近50年的3.35 m直径的限制,成功实现了3.35 m直径到5 m直径的跨越。在设计方法上,发展了大直径、大承载、弱刚度薄壳结构的工程设计理论和基于有限元技术的拓扑优化设计方法。在工艺制造上,首次采用高强铝合金新型材料,自动搅拌摩擦焊接、自动铆接等新工艺,全新研制了一整套适用于5 m直径结构的高精度制造装备。在试验能力上,充分利用液氮密度低、低温下材料性能提升的特点,发明了液氮介质内压检测法,解决了大型低温薄壁贮箱地面常规水压试验载荷远超飞行载荷的难题。突破了千吨级大集中载荷多点协调平衡加载技术,实现了5 m直径薄壳结构千吨级静力加载试验能力。最终实现了箭体结构研制的设计理论、材料体系、工艺与装备、试验检测技术从3.35 m直径到5 m直径的全面升级换代。
(3)液体推进技术实现跨越式发展。在液氧烃类发动机方面,成功研制了中国首型高压补燃循环的YF-100发动机,单机推力达到120 t,使中国继俄罗斯后成为世界上第2个掌握高压补燃循环液氧煤油发动机技术的国家。在氢氧发动机方面,成功研制的YF-77发动机,真空推力70 t,是中国上一代氢氧发动机的9倍;而长征五号二级的YF-75D,是中国首型闭式膨胀循环氢氧发动机,也使中国继美国后成为世界上第2个实现膨胀循环发动机工程应用的国家。三型低温发动机的成功研制,实现了中国火箭发动机燃料由有毒到无毒、循环方式由开式循环到闭式膨胀循环、发动机室压从中低压到高压的重大跨越。在增压输送方面,实现由传统排放预冷向先进循环预冷技术的突破,显著提升了低温运载火箭推迟发射的适应性和安全性。
(4)测试发射模式和发射支持技术取得显著进步。突破箭地接口无间断连接的“新三垂”全新测试发射模式,突破液氢加注后“前端无人值守”技术和严酷力热环境控制与防护难题,成功研制了国内技术最先进、承载能力最强、系统构成最复杂、集成度最高的2000 t级活动发射平台,突破了高空无摆杆式、尾部插拔式零秒脱落连接器技术,实现测试发射安全性和适应性的本质提升。
(5)电气系统实现创新发展。飞行控制系统突破了基于总线制的分布式全数字冗余容错、迭代制导、组合导航、助推和芯级发动机联合摇摆控制等技术,实现控制系统信息的数字化、集成化与强鲁棒性;遥测系统突破了大直径箭体高码率高增益全向绕射天馈等技术难题,遥测码速率水平成倍提升。
2.1.2 空间转移运载器
自20世纪90年代起,为满足国内外卫星发射需要,中国成功研制了5种固体推进上面级,包括自旋稳定固体上面级SM、三轴稳定固体上面级SMA等,并成功应用于国际和国内的商业发射。2008年起,以中国第二代卫星导航系统重大专项为应用背景,开展了远征系列上面级的自主研制工作(图7),具备了48 h在轨、20次起动能力,初步构建完成覆盖太阳同步轨道(Sun-Synchronous Orbit, SSO)、GEO的轨道转移运输体系,实现了上面级动力从固体动力向液体动力的跨越。
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图7  中国远征系列上面级

2.1.3 重复使用航天运载器
自国家高技术研究发展计划(“863”计划)实施以来,中国一直将重复使用航天运输系统作为重要发展方向,持续开展概念研究和关键技术攻关,早期主要是针对美国航天飞机及X系列飞行器,进行跟踪研究。近年来,聚焦两级入轨系统开展自主研究。通过多年的技术积累,围绕落区控制、垂直起降、垂直起飞水平返回、水平起降等开展了方案论证和部分飞行演示验证(图8),重复使用技术取得新的突破。
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图8  长征二号丙火箭栅格舵搭载飞行演示验证

2.2  发展需求与不足

进入空间是人类开展一切空间活动的前提,航天运输系统是航天发展的根本基础。“发展航天,运载先行”,这是中国航天60年发展最重要的成功经验。面对未来中国航天发展的需求和航天强国建设的目标,航天运输系统将面临3大需求。
1)航天强国建设战略需求
中国航天运输系统经过近60年的发展,走过了“从无到有”“从有到全”的历史进程,构建了型谱相对完善的长征系列运载火箭和远征系列上面级。在新时代,以航天强国建设的战略需求为牵引,中国航天运输系统需要在现有基础上继续发展,实现“从全到强”的转变,在可靠性、运载效率、任务适应性、发射周期、经济性等综合性能指标上赶超世界一流水平。
2)国家重大航天工程需求
国民经济建设和军事斗争均对空间基础设施的建设提出了更高的要求,需要进出空间的能力向大规模、快速、低成本、高可靠进一步发展。载人登月、深空探测等国家重大工程任务提出了百吨级进入空间能力需求,且载人飞行能力需由近地空间迈向月球以远;空间站运营、卫星互联网星座、地月经济圈建设等国家未来重大工程提出了高密度进入空间需求。国家重大航天工程对航天运输系统提出了大吨位、低成本、快捷化进入空间以及空间转移等能力需求。
3)航天运输系统技术发展需求
针对中国运载火箭在运载效率、结构效率为代表的主要技术指标上存在的差距,迫切需要开展轻质高强铝合金材料、超高强碳纤维材料、推进剂交叉输送等新技术攻关。针对深空探测、可重复使用等任务需求,亟需突破长时间在轨、大机动变轨、高性能大推力发动机、发动机深度节流与多次起动、动力系统可靠便捷重复使用、高效热防护材料、低温推进剂在轨长期贮存与管理等关键技术。面向未来智能时代发展要求,需要开展人工智能与航天技术的融合应用,构建智能设计、智能制造、智能测试发射、智能飞行技术体系,实现运载火箭研制体系智能化转型升级。
对标当前世界一流水平和航天强国要求,中国航天运输系统技术主要存在以下差距和不足,面临着诸多挑战。
(1)在一次性运载火箭方面,主战场运载火箭型谱偏多、模块化程度不够、运载效率偏低、使用维护性有待提升,同时中国运载火箭最大运载能力距离百吨级进入空间需求还有较大缺口,急待发展重型火箭,以支撑中国空间战略目标的实现和高质量、可持续发展。
(2)在空间转移运载器方面,中国轨道转移运载器存在在轨时间短、结构效率低、任务适应差、变轨机动能力不足、型谱不完整等问题,需要开展顶层规划与持续发展。
(3)在重复使用航天运载器方面,中国仍处于关键技术攻关及验证阶段,尚未实现工程上的突破,组合动力重复使用运载器尚处于概念与关键技术的研究阶段。


3、中国航天运输系统未来趋势展望

中国航天运输系统的未来发展应立足中国国情,服务于中国社会主义强国建设的总体目标,以满足中国航天总体发展战略的需求为指引,锚定建设航天强国和世界一流航天运输系统的总目标坚定前行,具体包括以下两方面。
(1)构建体系完整、型谱合理、性能先进的航天运输体系,大幅提升中国进入空间、空间运输和天地往返的能力。满足中国按需发射,独立、自主、自由进出空间的需求,支撑中国高效利用空间和空间基础设施建设的各项任务;进出空间的整体水平达到世界领先,支撑载人登月、月球科研站建设、火星取样返回及载人火星探测、太阳系行星及太阳系边际探测等标志性工程,为建设航天强国提供有力保障。
(2)构建完备、合理的重型、大型、中型、小型运载火箭型谱,能力覆盖全面,高可靠、低成本、任务适应灵活高效;轨道转移运载器型谱完善,指标领先,具备高性能、长时间在轨、多次起动等能力;重复使用航天运载器实现工程应用突破,发射成本具有较强的国际竞争力;具备完备的支撑航天运输系统发展的先进设计、制造和试验保障能力,试验体系完善,手段先进。

3.1  一次性运载火箭

一次性运载火箭具有运载能力大、运载效率高的优势,仍将是未来进入空间的主要方式。未来发展重点是构建高性能、高可靠的一次性运载火箭体系,构建完备的重型及大、中、小型运载火箭型谱,能力覆盖全面,竞争优势突出。
一是加快推进新一代运载火箭升级换代,并通过提升模块化程度、产业化水平,实现经济、快速、高效进出空间;二是推动新一代载人运载火箭和重型运载火箭研制(图9),填补中国重型运载火箭领域的空白,支撑我国完成载人登月、月球科研站建设、载人登火等标志性工程建设。
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图9  中国新一代载人火箭及重型运载火箭

为了推进中国运载火箭技术更好、更快发展,支撑世界一流航天运输系统的建设,需要重点开展以下几方面研究。
在研制模式方面,加快推进运载火箭领域设计理念转型,改进传统的设计流程、分工及方法,开展运载火箭精细化设计规范与技术研究,构建运载火箭精细化设计的研制体系和标准规范,有效释放设计余量,提升运载火箭整体技术水平。
在总体技术方面,推进总体多专业一体化协同优化设计、载荷精细化设计、复杂力热环境精细化预示与设计等技术发展,提升运载火箭总体设计水平;推进在线故障诊断与冗错重构、智能飞行与评估等技术应用,实现对发动机、伺服机构等重要单点产品的健康评估及管理,提升火箭故障适应性和可靠性。
在高性能动力技术方面,围绕火箭发动机的可靠性提升、使用维护性改进、综合性能指标优化等,持续推进现有的YF-100、YF-77和YF-75D等发动机的改进提升工作,打造精品;结合航天强国建设目标,为满足重型运载火箭和重复使用运载火箭的使用需求,加快推进液体火箭发动机型谱论证,明确下一代液体火箭发动机技术发展方向,加快下一代高性能火箭发动机的研制工作。同时,积极开展顶层规划,根据需求发展高性能固体发动机技术。
在轻质化结构设计与制造方面,推进结构设计准则升级、实现结构精细化设计转型;推进高强度高模量金属材料、复合材料、新型防/隔热材料等研究与工程应用,提升火箭结构效率水平;开展新型强度仿真理论研究,提高计算结果精确度和稳定性;加快推进激光增材、柔性制造等先进工艺应用,构建航天军工先进制造能力体系。
在先进测试与发射方面,推进智能化无人测试发射技术应用研究,开展远程智能测试、自主箭测与闭环动态测试、无线传输、无线传能等技术应用研究,提升火箭使用维护性、缩短测试发射周期,增强长征系列运载火箭的任务适应能力和市场竞争力。

3.2  空间转移运载器

先进的空间转移运载器是构建轨道间/星际间低成本、强适应性的摆渡运输服务体系的基础。未来需研制具备长期在轨、多次起动、性能先进的空间转移运载器,大幅提升中国高效率空间运输能力。用于地球轨道多星定点部署、地月轨道往返运输、地火轨道往返运输以及更远的星际飞行任务,支撑深空探测、空间科学和天基在轨发射等活动,满足经济社会发展和国防建设需要。在具体发展路线方面,一是在现役型号基础上进行改进,以实现性能提升和任务拓展,包括常规上面级的持续改进、长期在轨模块化上面级的研制,打造成熟可靠的空间转移运输平台;二是发展高性能低温上面级、突破低温上面级长期在轨技术,以满足更大规模载荷的发射部署需求。

3.3  重复使用航天运载器

重复使用航天运载器是自由进出空间技术发展的必然趋势,对有效载荷的快速运输、低成本快速进出空间和小时级全球点对点快速抵达等能力的形成具有重要战略意义。重复使用航天运载器的不同技术方向各有不同的优势和发展前景,在多种技术途径探索的基础上,应不断加强总体方案优化和关键技术攻关,推进重复使用航天运载器工程应用。
基于火箭动力的垂直起降重复使用航天运载器,可充分利用火箭动力的优势,技术路线清晰,可结合新型火箭的研制,尽早实现重复使用技术的突破和工程应用。后续应重点围绕发动机重复使用需求,持续开展火箭发动机重复使用设计准则、在线健康检测和评估、低泵入口压力起动、大范围推力调节等关键技术攻关;围绕火箭回收技术,重点开展在线轨迹规划、多约束高精度着陆控制、高速再入复杂气动力热环境预示、高可靠防隔热等关键技术攻关。升力式火箭动力重复使用在缩比飞行演示验证基础上,需进一步突破气动力热、飞行控制、高效结构等核心技术。组合动力重复使用技术在现阶段应以发动机为主攻方向,在突破部分关键技术的基础上,加速工程化应用研究。

3.4  新概念航天运载器

新概念航天运载器将是航天技术的创新高地和竞争热点,作为未来进入空间、控制空间和利用空间的关键支撑,已成为世界航天强国航天发展战略中的重点。未来需提前布局核推进、大功率电推进、爆震发动机、光帆推进、智能变构型等前沿运载器研究,开展总体构型气动布局、发动机和总体结构一体化设计、新型材料应用等技术攻关,更好地支撑中国未来大范围轨道转移、深空探测、载人深空探测、星表基地建设等空间任务建设需求。


4、结束语

探索浩瀚宇宙、远航星辰大海,是人类亘古不变的梦想。中国航天运输系统经过60年发展,形成了较完整的长征运载火箭型谱系列和远征系列上面级,支撑了中国航天60多年高质量的发展,取得了辉煌的成就。但相比国外先进水平,中国航天运输系统仍存在较大差距,通过科学规划与持续发展,经过不懈努力与奋斗,终将建设能力更大、覆盖更全、方式更多样的航天运输系统,满足国民经济建设和国防建设对进出空间能力不断增加的需求,为中国在2030年以后迈进世界航天强国前列,实现十九大报告中提出的“两个一百年”的奋斗目标和中华民族的伟大复兴,贡献航天智慧、凝聚航天力量。

来源:前瞻科技杂志

 

 

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