中國可重復使用試驗航天器

我國于2020年9月4日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，利用長征二號F運載火箭，成功發(fā)射一型可重復使用的試驗航天器，在軌飛行2天后，成功返回預定著陸場。這次試驗的圓滿成功，標志著我國可重復使用航天器技術(shù)研究取得重要突破。

一、基本介紹

（一）釋義

可重復使用航天器是指可以重復使用的、能夠迅速穿越大氣層,自由往返于地球表面與太空之間,運送航天員和有效載荷;也可以指較長時間在軌停留和機動、完成各種任務的航天器。

常見的可重復使用航天器主要包括：載人飛船、貨運飛船、推進飛行器、行星著陸器、航天飛機等。

（二）優(yōu)點

隨著載人航天活動規(guī)模的擴大,人類在太空居住與生存的時間變長,承擔運輸?shù)暮教炱鞯陌l(fā)射頻次逐漸變高。而高昂的成本是制約載人航天任務發(fā)展的主要因素。航天器的低成本運營已成為未來載人航天發(fā)展的必然要求，發(fā)展可重復使用航天器技術(shù)成為降低成本的重要手段之一。

二、可重復使用航天器發(fā)展概況

由美國人埃隆·馬斯克(Elon Musk)研制的超重火箭構(gòu)成的“星艦”系統(tǒng)是最新一代的完全可重復使用運輸系統(tǒng)。每次發(fā)射后，超重火箭均可以順利返回地面。波音公司(美國航空航天制造公司)與NASA(National Aeronautics and SpaceAdministration,簡稱NASA)合作開發(fā)的載人飛船“星際客船”，具備重復使用能力，最多可使用10次，以6個月為周期實現(xiàn)復飛?！矮C戶座”飛船在美國“阿爾忒彌斯”計劃中承擔了關(guān)鍵的乘員地月往返運輸功能。這種飛船的乘員艙可重復使用，最多可執(zhí)行10次飛行任務。

俄羅斯“雄鷹”載人飛船可在軌自主飛行近30天，也可在軌駐留近1年的時間。在執(zhí)行短期地月往返飛行任務時可重復使用10次，在執(zhí)行長期與繞月軌道站對接任務時，飛船可重復使用不少于3次。

三、可重復使用航天器的關(guān)鍵技術(shù)

（一）重復使用航天運輸系統(tǒng)構(gòu)建

重復使用航天運輸系統(tǒng)的構(gòu)建通常較為復雜，大致可以分為三個部分:一是傳統(tǒng)運載火箭構(gòu)型重復使用,一般包括運載火箭助推/子級回收和垂直起降運載火箭;二是火箭動力重復使用, 如升力式構(gòu)型運載器;三是組合動力重復使用, 如火箭基組合循環(huán)。

（二）可重復使用熱防護技術(shù)

航天器飛行速度越來越高，氣動加熱問題日益嚴重。因此新一代可重復使用航天器要求熱防護系統(tǒng)滿足耐更高高溫、抗燒蝕、可重復使用、高效隔熱、高可靠性以及低成本等要求。

（三）基于數(shù)字雙框架的航天器結(jié)構(gòu)壽命跟蹤系統(tǒng)

航天器可重復使用的特性使航天器在兩次飛行之間的結(jié)構(gòu)健康狀況評估成為需要解決的問題。因此需要利用一種用于航天器結(jié)構(gòu)壽命跟蹤的數(shù)字雙框架，實現(xiàn)對真實工程系統(tǒng)進行實時模擬、監(jiān)測、診斷、狀態(tài)預測和優(yōu)化操作。

四、中國可重復航天器研究意義

（一）戰(zhàn)略意義

X-37B軌道試驗飛行器標志著美國距離“空天飛機”的成功已經(jīng)很近, 而它的出現(xiàn)及應用將對未來戰(zhàn)爭產(chǎn)生深刻影響。在當前的戰(zhàn)略機遇期,中國需緊跟先進國家在關(guān)鍵領(lǐng)域的研究動態(tài)和進展, 加強可重復航天器關(guān)鍵技術(shù)研究攻關(guān)和裝備研制, 借此提升國家進入空間、利用空間和控制空間的能力。

（二）科技意義

可重復使用航天器的發(fā)展不僅會提升我國自主進入空間的能力, 加快我國運載火箭更新?lián)Q代的腳步, 助力我國向世界航天強國邁進；勢必也會帶動高超聲速空氣動力學、高精度制導控制、先進空天動力、耐高溫輕質(zhì)材料與結(jié)構(gòu)制造、重復使用評估標準等學科和技術(shù)的發(fā)展，進一步促進我國基礎學科和工程技術(shù)水平的整體提升。

參考資料：

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