圖片說(shuō)明：長(zhǎng)征二號(hào)丙火箭上的柵格舵形如“蒼蠅拍”。
美國(guó)名聲在外的太空探索技術(shù)公司(SpaceX公司)的“獵鷹9”運(yùn)載火箭每次發(fā)射時(shí)，標(biāo)志性的火箭第一級(jí)回收總能引起全球航天愛(ài)好者的感嘆。隨著長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭在西昌發(fā)射中心順利升空，中國(guó)也首次成功驗(yàn)證了火箭第一級(jí)落點(diǎn)的精確控制技術(shù)，成為全球繼美國(guó)之后，第二個(gè)掌握該技術(shù)的國(guó)家。火箭精準(zhǔn)回收有何困難？落點(diǎn)可控技術(shù)的突破，對(duì)于中國(guó)而言意義何在？
柵格舵是關(guān)鍵設(shè)備
《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者28日從中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司第一研究院獲悉，7月26日13時(shí)40分，長(zhǎng)征二號(hào)丙火箭第一級(jí)殘骸在貴州黔南布依族苗族自治州被順利找到，落點(diǎn)在設(shè)定的落區(qū)范圍內(nèi)，標(biāo)志著我國(guó)運(yùn)載火箭首次“柵格舵分離體落區(qū)安全控制技術(shù)”試驗(yàn)取得成功，使我國(guó)成為繼美國(guó)之后的第二個(gè)掌握此項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家。這是中國(guó)航天在落點(diǎn)可控、精準(zhǔn)回收領(lǐng)域取得的重大突破，是向可重復(fù)使用運(yùn)載火箭邁出的堅(jiān)實(shí)一步。
為何在諸多航天強(qiáng)國(guó)中，只有美國(guó)與中國(guó)在此領(lǐng)域取得突破？中國(guó)航天專家、小火箭聯(lián)合會(huì)創(chuàng)始人邢強(qiáng)博士告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，火箭第一級(jí)與火箭主體分離后，殘骸的氣動(dòng)外形改變，從高空掉落時(shí)的飛行軌跡與火箭起飛階段完全不同。如果想要精準(zhǔn)回收第一級(jí)殘骸，不僅需要掌握它的氣動(dòng)特征，而且還要有特殊的姿態(tài)控制設(shè)備。而這次長(zhǎng)征火箭使用的柵格舵就是其中之一。
外形看起來(lái)有點(diǎn)像“蒼蠅拍”的柵格舵，是一種非常規(guī)的氣動(dòng)穩(wěn)定和控制舵面。邢強(qiáng)介紹說(shuō)，它的氣動(dòng)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。如果設(shè)計(jì)得好，它能增加飛行器的飛行穩(wěn)定性和操控性;但如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，反而會(huì)帶來(lái)極大阻力。此外，柵格舵的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)加工工藝要求很高，也限制了它的廣泛應(yīng)用。據(jù)介紹，柵格舵在火箭上升段需要緊貼火箭避免對(duì)發(fā)射任務(wù)造成影響，在殘骸再入大氣層段則需要完成解鎖-展開(kāi)-按控制指令轉(zhuǎn)動(dòng)等一系列復(fù)雜動(dòng)作，還要承受上千度高溫、近10倍自重的沖擊力。
航天強(qiáng)國(guó)研究熱點(diǎn)
最早在柵格翼/舵方面展開(kāi)研究的是蘇聯(lián)，并在SS-20戰(zhàn)略導(dǎo)彈、R-77中程空對(duì)空導(dǎo)彈等武器上得到應(yīng)用。美國(guó)開(kāi)展柵格翼的研究工作比較晚，但發(fā)展非?？?，號(hào)稱“炸彈之母”的GBU-43大型空爆炸彈就依靠柵格翼保證精準(zhǔn)的飛行控制。“獵鷹9”火箭第一級(jí)的回收，更是靠柵格翼與反推力系統(tǒng)的完美配合實(shí)現(xiàn)的。
中國(guó)神舟系列載人飛船的逃逸飛行器也使用了柵格翼。此外，中國(guó)民營(yíng)運(yùn)載火箭的首次成功發(fā)射、星際榮耀公司25日升空的“雙曲線一號(hào)”火箭尾部也采用柵格翼設(shè)計(jì)。
長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭副總設(shè)計(jì)師崔照云介紹說(shuō)，“之前應(yīng)用于我國(guó)長(zhǎng)征二號(hào)F載人運(yùn)載火箭上的柵格翼展開(kāi)后是固定不動(dòng)的，近幾年國(guó)外火箭上才開(kāi)始通過(guò)可擺動(dòng)的柵格舵來(lái)控制箭體的方向和姿態(tài)。本次試驗(yàn)采用柵格舵控制殘骸落點(diǎn)，是我國(guó)首次嘗試。雖然大中型的長(zhǎng)征二號(hào)丙火箭的落點(diǎn)控制，相比小型火箭，難度要大得多，但創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，這使‘年近不惑’的長(zhǎng)征二號(hào)丙又煥發(fā)了更大的生機(jī)活力。”
“中國(guó)比美國(guó)更需要”
據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，這次發(fā)射驗(yàn)證的新技術(shù)，對(duì)于中國(guó)而言還有更現(xiàn)實(shí)的意義——減少傳統(tǒng)火箭發(fā)射時(shí)給落區(qū)百姓帶來(lái)的不便。
全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，傳統(tǒng)火箭發(fā)射時(shí)，第一級(jí)、第二級(jí)甚至整流罩等殘骸完成任務(wù)后從高空無(wú)控墜落，落點(diǎn)散布范圍較大，可能涉及有人居住的區(qū)域。為保障人員安全，我國(guó)當(dāng)前的做法是在每次火箭發(fā)射之前，將落區(qū)內(nèi)百姓疏散到安全地帶。這不僅給當(dāng)?shù)匕傩諑?lái)不便，也增加了火箭發(fā)射的經(jīng)濟(jì)成本和工作難度?，F(xiàn)實(shí)的問(wèn)題是，由于社會(huì)迅猛發(fā)展和人口數(shù)量激增，我國(guó)于20世紀(jì)六七十年代建立的內(nèi)陸火箭發(fā)射場(chǎng)周邊，火箭殘骸落區(qū)不再是絕對(duì)的無(wú)人區(qū)，近年有關(guān)貴州、江西等地的火箭殘骸掉落事件不時(shí)出現(xiàn)在新聞媒體上。掌握火箭殘骸落點(diǎn)可控技術(shù)后，對(duì)于解決我國(guó)內(nèi)陸發(fā)射場(chǎng)落區(qū)安全性問(wèn)題具有重大的意義。
邢強(qiáng)介紹說(shuō)，受先天的地理位置因素影響，火箭殘骸的落區(qū)問(wèn)題讓不少國(guó)家頭疼。例如早年英國(guó)就因?yàn)檫\(yùn)載火箭殘骸的落區(qū)位于法國(guó)巴黎和德國(guó)柏林附近，被迫放棄在英倫三島發(fā)射火箭的計(jì)劃。相對(duì)而言，美國(guó)在此方面得天獨(dú)厚，從肯尼迪航天中心發(fā)射的火箭殘骸會(huì)落到大西洋，從范登堡空軍基地發(fā)射的火箭落區(qū)在太平洋，因此美國(guó)發(fā)展相關(guān)技術(shù)的原因集中在火箭可重復(fù)使用上。而中國(guó)除了海南文昌發(fā)射中心外，現(xiàn)有內(nèi)陸火箭發(fā)射場(chǎng)都更要注重落區(qū)安全問(wèn)題，因此可以說(shuō)，中國(guó)比美國(guó)更需要掌握火箭殘骸的落點(diǎn)可控技術(shù)。
轉(zhuǎn)自：人民網(wǎng)-環(huán)球時(shí)報(bào)
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