[发明专利]一种用于验证垂直起降技术的可重复使用火箭及验证方法

说明书

本发明涉及一种用于验证垂直起降技术的可重复使用火箭及验证方法。包括：主舱体，动力系统，吹除系统，控制系统，辅助动力系统，固定回收支腿系统；其中，控制软件中写入的飞行弹道按以下方法设计：S1、确定约束量要求及精度要求；S2、确定待迭代的各控制量；S3、给控制量赋初值；S4、根据约束量与控制量之间的关系，确定修正系数；S5、根据修正系数，计算修正量，进行弹道迭代计算；S6、获得满足精度要求的弹道。本方法降低了产品研制周期与生产成本；降低了后续进行大型可回收液体运载火箭研制风险；可在火箭上安装整流罩与栅格舵，能适应更高的飞行速度，可作为亚轨道探空火箭。

技术领域

本申请涉及运载火箭技术领域，尤其涉及一种用于验证垂直起降技术的可重复使用火箭及验证方法。

背景技术

采用垂直起降技术的可重复使用火箭与传统一次性火箭相比，最大的区别在于能否回收火箭一子级。随着商业航天发展，市场对低成本火箭的需求十分迫切，使用高可靠、低成本、可重复使用的火箭实现商业发射任务已成为未来发展趋势。SpaceX公司成功使用猎鹰9火箭多次完成卫星发射任务，并采用垂直起降技术成功回收火箭一子级，大幅降低了火箭发射成本；蓝色起源公司新谢波德飞行器已成功完成亚轨道垂直回收试验，验证了制导、发动机变推、着陆缓冲支腿等一系列关键技术，为后续大型重复使用火箭新格伦的研制奠定了基础。可重复使用火箭出现使得国内火箭发射服务原有的价格优势不复存在，但国内在这方面起步较晚。然而直接开展可重复使用火箭研制技术难度大、风险高，需先开展垂直起降关键技术攻关与技术验证。

垂直起降技术中返回时可采用伞降回收、垂直带支腿回收、带翼飞回等多种方式，但是伞降回收落点精度低，对箭体的结构强度要求较高；带翼飞回时返回段气动性能较差，综合考虑研发成本、系统复杂性，同时借鉴前人成功经验，本发明采用垂直带支腿的回收方式，设计一种用于验证垂直起降技术的火箭。

发明内容

本申请提供了一种用于验证垂直起降技术的可重复使用火箭及验证方法，以达到对可重复使用火箭垂直起降关键技术进行验证的目的。

本申请提供如下技术方案：

一种用于验证垂直起降技术的可重复使用火箭，包括：

主舱体，动力系统，吹除系统，控制系统，辅助动力系统，固定回收支腿系统；

其中，

主舱体为一圆柱体壳体，长细比接近大型运载火箭，确保在起吊、运输、竖立、发射、回收过程中维持飞行所需的气动外形；

动力系统设置于主舱体的内部，为火箭提供加速或者减速的动力；

控制系统设置于主舱体的内部(一般可以在头部)，包括设有控制软件的中心计算机、摄像头、多个传感器、惯组、GPS定位装置及对应天线，所有电器部件通过电缆线在内部连接；控制系统用于实时解算箭体当前的姿态、速度、位置，确保火箭沿目标弹道飞行，按设计时序进行起飞、降落；具体地，中心计算机、摄像头、测控装置(包含GPS定位及天线)均通过支架固定在舱壁上，支架与各个单机惯组间均设有缓冲装置；摄像头通过减震装置固定在头部、尾部；各单机惯组均通过舱体表面的电缆进行连接，电缆表面设有电缆罩进行保护；

辅助动力系统设置于主舱体的内部(一般可以在头部)，用于向外喷射气体，为火箭控制提供俯仰、滚转、偏航力矩；

在主舱体内部的动力系统附近，设有吹除系统，确保舱内各单机工作稳定正常；

在主舱体尾部安装固定回收支腿系统，在火箭回收时提供缓冲作用，主要通过支腿内部缓冲器减小着陆缓冲，确保火箭安全着陆，同时支腿上需包裹防热材料，使其能够承受返回时发动机尾焰灼烧。