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今晨,我国首枚自主研发民营商业火箭首飞成功!


来源:科技日报

科技日报记者  雍黎

我国首枚自主研发民营商业火箭——“重庆两江之星”号于5月17日7点33分点火,7:38分落入预定区域。据地面监测,其飞行轨迹在天空中划出一道优美弧线。

“重庆两江之星”火箭预计飞行轨迹(红色)。

飞行大约5分钟,可靠获取了所有重要数据。

自主掌握固体火箭发动机技术

发动机是火箭的“心脏”,也是研制火箭的核心技术之一。2017年12月22日,零壹空间X系列火箭发动机已于2017年12月22日成功完成整机联合试车。发动机工作35秒后关机,试验取得了圆满成功,这也是国内首台商业固体火箭发动机。到现场指导的发动机老专家以“三个之最”给以本次试车总结:

X系列火箭发动机整机试车现场。

第一最:从项目启动到发动机联合试车仅仅用了9个月,周期之短创中国航天史上之最;

第二最:采用精简研发团队及试验队配置圆满的完成了任务,人员之少创航天史上之最;

第三最:将火箭上电气核心产品综控机的重量缩减至传统产品十分之一,仅有不到1.8kg,集成度之高创航天史上之最。

零壹团队坚持把事情做到极致,第一仗就要让所有新研产品都接受实战考核,本次试车试验,直接带上了燃气舵、伺服系统和一体化综控机等公司自主新研产品,让综控机代替成熟的点火设备来执行发动机点火。如果将火箭比作一辆汽车,那么燃气舵相当于车轮,伺服系统相当于方向盘及传动机构,综控机则相当于驾驶员。它们都成功经受住了考验。

燃气舵经受高温考验

2017年4月,零壹空间成功完成了燃气舵力热联合试验,燃气舵经受住了高温考验。

燃气舵是固体火箭常用的控制结构,是固体火箭结构设计的关键技术。燃气舵需要长时间工作在2000℃高温的高压燃气流中,工作过程中伴随着舵面烧蚀和偏转,其中舵面材料选择、舵外形设计、防隔热设计、热密封设计、热匹配设计、耐高温传动系统设计和舵面控制力计算是燃气舵设计的核心技术。

零壹空间在本次试验过程中同时搭载测试了公司自主研发设计的燃气舵及其测力系统。燃气舵测力系统用于测量燃气舵在发动机燃气流中所受力和力矩,测量结果用于修正控制力分析算法和控制系统设计,是燃气舵试验的核心技术,目前国内仅有少数单位具有该测试能力,且成本巨大。

零壹空间完全自主研发的测力系统,在试验中成功获取了舵面的受力和力矩数据,解决了解耦测量等一系列难题,为公司节省了数百万元的研发成本。

一体化综合控制系统“五脏俱全”

如果说发动机是火箭的“心脏”,那么,综合控制系统则是火箭的“大脑”。

“重庆两江之星”号装配完毕准备运输出厂。来源:零壹空间

零壹空间的综合控制系统,不仅是其自主研制,而且在技术层面上有了很大的创新。据了解,该综合控制系统采用集成化设计思路,整合了传统控制系统飞控解算、时序控制、供配电、GPS接收以及遥测系统的数据采集、编码调制等功能,重量仅1.8公斤,通过集成化设计大幅减小箭上设备重量和成本。

“如此一来,我们可以整体减少火箭上的设备和规模,从而提升运力。”零壹空间技术团队相关负责人如此表示。

零壹空间市场部负责人介绍,该一体化综合控制机可广泛应用于军用、民用无人机、低成本火箭等航空航天飞行器。

4月,该综合控制系统也参与完成了半实物仿真试验及电气系统综合匹配试验,这也标志着首飞箭的研制工作已进入收官阶段。

造首个商业化飞行试验平台

除了技术,零壹空间还尝试在更大的领域进行创新,OS-X系列火箭应运而生。

“重庆两江之星”测试吊装竖立中。来源:零壹空间

据介绍,这是OS-X系列火箭是国内首个商业化飞行试验平台,主要用于满足客户的飞行试验需要。

目前,飞行试验正成为空天关键技术研究的重要手段,在世界范围内,一些前沿技术研究计划都需要进行飞行试验。在国外,已有可以能够用于亚轨道研究和飞行试验的平台。比如美国的一款产品,目前已可提供长时间高速飞行环境、可定制化、军民多类客户使用等。该产品计划2019年首飞,并声称世界上首个商用飞行试验平台具备初步运营能力。

“在国内,很多客户也是有飞行试验需求的,但是国内却没有这样的平台。”零壹空间相关负责人表示,市场也是决定他们打造这一平台的原因。

据了解,X系列能够满足微重力试验、探空、再入试验、高速技术验证、发动机性能测试、飞行器性能验证、其他定制需求试验等多项服务需求,且具备专业服务团队和快速迭代优化设计、低成本等特点。

首飞承载多项研究任务

本次“重庆两江之星”首飞,零壹还进行了国内首次“箭上无线通讯”“减阻杆”“低成本能源”等创新技术的研究,为简化火箭系统设计、降低研制成本打下了坚实基础。

以箭上无线通讯技术为例,将火箭从有线网络带入无线WIFI的新时代,该项技术可以减少箭上电气系统设备50%的重量,节约箭上电气设备30%的成本,缩短箭上电气系统60%的设计周期。

火箭通过飞行试验的方式,对火箭头部安装减阻杆的作用进行了评估。减阻杆以其显著的减阻和降热效果,在国外多个型号中得到了工程应用,但在国内型号中尚无应用,“重庆两江之星”此次飞行为其工程应用进行了科学探索实践。

火箭飞行过程中,还将对阻碍超音速客机发展的最为关键的因素音爆进行测试。随着高速运输产业的不断发展,音爆相关研究具有重要的工程应用价值。

来源:科技日报

编辑:左常睿

审核:管晶晶

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