一个电子技术控的—历史回望（14）

第十四章  成功的火箭返回

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我们都知道，一个国家的航天发展，需要非常雄厚的经济力量支持，因为每发射一次运载火箭，就需要耗费数亿美元的成本，而人类文明正处于从地球文明转为星际文明的起点，火箭是我们走出地球的关键。所以，以前那种用过一次就扔掉的火箭，显然无法满足人类大规模进军太空的要求，所以美国的马斯克才开始开发可重复使用火箭，希望未来将它变成宇宙飞船的发动机，可以随时起飞，运送大量的物资和人员，甚至希望借此构建地球和火星之间的物流通道，让人类开始殖民火星的伟大进程。

我们如果把可重复使用火箭称为宇宙飞船发动机，这种火箭和以前那些火箭的区别及重要意义就显示出来了，未来人类将借助这种火箭，在月球、火星、小行星上降落，并重新返回地球。马斯克甚至希望凭借更大的大猎鹰火箭，在地球上建立高速飞行通道，从纽约到北京甚至只需要半个多小时。

可重复使用火箭将在现有技术的基础上，让人类文明一步跨入太空，进入新的发展空间。所以，加快可重复使用火箭的开发，才是当前太空领域最重要的事情，否则未来商业太空领域又将被其它国家和公司抢占先机，甚至完全垄断。除此之外，可重复使用技术还有一个最直接的优势，就是可以降低火箭发射成本，而且随着科技的不断进步，这个成本会越来越低，从长远来看这也是航天发展的必然趋势。虎视眈眈的中国人从电视里一次次看见美国人马斯克的可重复使用的“猎鹰”火箭一次次成功发射当然坐不住了。于是多种可重复使用火箭的实验方案也在中国推了出来。这其中一种，就是可折叠翼滑翔回收方案。幂幂之中，这个方案的飞控设计与实验就首先历史性的落在了我所在公司的肩上。仿佛世人都一眼看见了可重复使用火箭的发展趋势，这次刚刚在航天领域露头的中国民营企业也不甘落伍，想赶在中国国营企业之前，像美国的马斯克那样率先搞出中国的可重复使用的火箭来。以在2019年短短一年时间里，中国就有不止一家民营企业尝试发射了自己的可重复使用实验火箭，比如在201910月16日“中关村国际前沿科技成果展”上，北京星际荣耀空间科技有限公司的一枚低入轨级别的液氧甲烷动力可重复使用运载火箭——双曲线二号首次公开亮相；2019年由我国蓝箭航天研发的“天鹊”TQ-12液氧甲烷发动机顺利完成了变推力长程试车任务，试车时间达200秒左右；还是这一年，一家名为翎客航天的二十人团队，开发出了中国的“猎鹰”火箭——RLV-T5型火箭。当然我所在这个民营公司比“翎客”还小，我们是十人团队。 所以我们并不是自己想捷足先登，我们没那个野心更没那经济实力，我们这次算是为中国航天打工。

具体说来可重复使用火箭方案通常有一下三种：

第一种是采用「降落伞＋气囊」的方式回收。

伞降回收占用空间大，回收地点不确定度大，回收冲击大。

第二种是采用类似美国 SpaceX 公司的垂直回收方式。

火箭回收燃料消耗大，不能够充分发挥降低成本的优势；

垂直起降控制系统易受多种近地面风等不确定因素的干扰，需要抗干扰设计和余度设计。

第三种是给火箭助推器，加上小型控制系统，使火箭助推器分离后能像类似翼装飞行一样调整角度，利用卫星导航滑翔落下。

我们要实验的就是第三种方案，将火箭助推器装上可控翼，用我们开发的小型飞行控制系统控制火箭助推器工作结束后滑翔返回指定降落场。也就是说，国内这个方案的飞控系统要我们这个十人团队来首次设计实验。当然供我们飞行试验的火箭也和马斯克最初搞的一样是个缩比火箭。马赛斯在猎鹰火箭成功之前，先用自己研制的默林火箭发动机，开发了一种叫蚱蜢（Grasshopper）的小型可回收火箭，通过跳跃测试来收集数据，改进火箭。我们也计划用这种渐进的方法推进我们的实验。然而由于外形，尺寸等原因，回收火箭的难度要远大于航天飞机，宇宙飞船和返回式卫星的回收。因为火箭外形细长，不好控制。我们需要在目前火箭技术的基础上大胆创新改进，通过设计可变形折叠机翼，提高火箭回收的升阻比，并实现气动舵面控制的可控回收，避免燃气的再次使用，这样就不禁节约了运载燃料，而且环保。通过无动力平衡滑翔和气动减速完成类似飞机的水平可控着陆，避免回收地点的不确定性，最终实现运载火箭的精准回收。

我们的缩比火箭直径500mm，长2700mm ,主翼展3600mm,箭体采用复合材料，火箭总面积达到196349mm2,这对我们来说显然算是个庞然大物了。

夜以继日工作，很快飞控设计制造出来了。我们在火箭的箭体上安装上了前三点起落架，装上机轮，我们第一步打算将火箭倒放地面，像飞机一样首先进行地面滑跑起飞测试。要想将火箭像飞机那样飞起来其实并不那么容易，因为这个火箭的展开主翼在火箭的尾根部，而并不像传统飞机那样主翼通常在机身腰部，所以这个火箭的气动结构很特殊，必须进行大量的计算推演，找出合理的飞行参数组合，这样才有飞起的可能。

一切静态测试实验完成之后，我们联系了一个很小的通航飞机场，如果在地面能滑跑起飞并建立起飞行姿态，随后的垂直发射实验就大有希望。

首飞时刻到了，我们在跑道的前后左右都就位了摄像人员。倒数计时开始.——5、4、3、2、1！轰鸣声骤起，火箭像飞机一样在跑道上滑行起来，速度越来越快，“拉杆，起飞！”我自己给自己下达了口令，因为火箭就在我的遥控操控之中。奔驰中的火箭微微一抬头就离开地面“飞起来了!飞起来了！”团队人员都激动不已。我压杆平飞，火箭很快颤抖起来。这是火箭出现明显的共振，如果继续飞行很快会有解体的危险。果断降落，火箭在机场跑道的尽头降落了下来，还好只是起落架损坏，箭体完好。

飞起来了就是一个良好的开端，很快查明，颤抖共振是飞控感度参数偏高，再加上箭体内部存在结构不合理等因素导致的。对症下药，问题逐一解决之后，接下来的实验将是垂直发射。

按照设计要求火箭发射上升到大约八十公里高度后，这级火箭就会燃料耗尽，我们就会控制其转向并展开主翼滑翔降落到指定地点。当然眼下是缩比火箭，我们不用飞到八十公里高度测试。我们只需要在一个合理的实验高度实验上述过程就可以了。

垂直发射实验飞行的时刻到了。随着震耳欲聋的轰鸣声响起，火箭在一个举目不见人的偌大空旷的草坪上陡然升起，速度越来越快，转息之间就变成了高空的一粒芝麻小点。

到达预定高度！熄火、转弯、展开主翼一系列动作随之按程序执行。火箭在高空盘旋滑翔下降。300米，150米，80米，随着滑翔高度的降低，火箭最终在我们的欢呼声中平稳降落在我们预设的草坪上。实验获得圆满成功！

我们的缩比火箭滑翔回收实验成功了，但这这一方案能不能被中国航天具体运用那就不是我们的事了。据公开的报道中，早在2015年11月下旬，中国运载火箭技术研究院研发中心就成功完成了运载火箭子级回收群伞空投试验，而2019年7月26日11时57分，中国航天用长征二号丙运载火箭在西昌卫星发射中心的成功发射中，完成了我国首次基于栅格舵的火箭残骸落区安全控制技术试验，成为继美国之后第二个掌握此项技术的国家。这些实验都是为火箭最终重复使用奠定基础。我们的火箭滑翔回收实验还有没有后续？既然没有官方公开报道，这里我当然也就不表了。