[科普中国]-可回收助推器

基本概念

美国踢奥科尔公司研制的美国航天飞机固体助推器是用于载人航天的特大型分段式可回收固体助推器。它是世界上第一个可回收并可多次重复使用的特大型固体助推器，一般金属件按照设计可重复使用20次，柔性喷管的柔性接头可重复使用10次。目前金属壳体和喷管部件等已实现了可多次回收并重复使用。

“能源”号 运载火箭助推器的回收苏联“能源”号的助推器是可回收的，在每个助推器组件底部有一个独特的折叠桨叶形减速板。减速板由一个简单的雷管烟火装置起动，由气动力保持工作状态。减速板使已熄火的助推器脱离开“能源”号主体，第二级发动机和有效载荷则继续飞向轨道。1

已熄火的助推器不仅速度减慢下来，而且还作翻转，直至减速板位于朝上位置，此时降落伞展开，助推器以一受控速度朝地面落去。当到达一预定的高度时，制动火箭由近炸引信点火，这减缓了助推器的下降速度，助推器则抛去其头部的其它部件，包括一次性使用的液氢贮箱。贮箱最后压扁，助推器主体（包括发动机、涡轮和燃料计量装置）保持竖直位置而完好无损。回收的助推器只需要进行检验和测试，就可挂上贮箱再次起飞。1

俄罗斯试验可回收式助推器为了减少航天运输费用，德国戴姆勒-奔驰公司( DASA) 正在与俄罗斯合作进行一项新的再入技术研究，称之为可充气再入和下降技术( IRDT) ，其最终目的是使各种航天系统具备再入能力。另外，可使上面级乃至卫星都可重复使用，从而实现高效费比的航天运输，而且能够使用在对那些有大气层的星球探测计划上，如火星着陆等。第1次试验进行一种轻型俄罗斯保护材料和“弗雷加特” ( Fregat )助推器返回地球大气层试验，内容是用来返回一个1.8t的上面级和一个欧洲的小型有效载荷(遥感器) 以及做其他试验，在着陆时不是使用降落伞，而是使用充有气体的可膨胀外罩使火箭和有效载荷免受极高的温度损害及着陆时的冲击。

试验于2月9日北京时间07：20进行，当时从拜科努尔航天中心成功地发射了一枚携有可回收式火箭助推器Fregat和模拟卫星的联盟号运载火箭，当火箭进入600km高度时，上面级释放一颗模拟卫星，将其送入远地点600 km、近地点150 km、倾角为64. 9°的椭圆形预定轨道。在绕地球飞行5圈后，上面级开始制动，火箭发动机点火2次，来证明其具有发射欧空局( ESA) 的CLUSTER卫星的能力。当火箭高度降到150km时，发动机又点火2次使上面级和模拟卫星在返回时能准确定位，然后上面级与模拟卫星分离。这时这个小型负载的防热罩充满氦气，从直径0.8m左右的环型膨胀为底面直径约2.4m的锥形，进入大气层。当大气密度变高时，负载进行第2次充气，其底面扩大为直径3.6m的锥形，其意图为减小下降速度，到着陆时为10m/s，充气防热罩起到了降落伞的作用，使所载的“货物” 安全返回地面并实现软着陆。助推器也以同样方式返回地面。

按计划助推器和模拟卫星应该在发射后8h后返回到地球上，但由于无线电信标出现故障，火箭和卫星返回地球后失踪了。俄罗斯的几个发射搜寻小组于2月14日在莫斯科东南800km处找到了Frega助推器，但该助推器携带的一颗模拟卫星尚未找到。俄罗斯有关负责人认为，卫星和火箭返回地球就表示此次发射的第2项试验获得成功。

Fregat助推器作为运载火箭的前部与卫星直接相连。这种新型助推器的外壳仅有108 mm厚，净重仅有1t，因此它有良好的性能，可携带的燃料达5350kg，可把4.2t卫星送入地球同步转移轨道( GEO)。助推器采用三轴稳定系统，其发动机可在一次飞行期间几次发动和关闭，最多能开关20次。此外，它有一个特殊的充气式锥形防热罩，可保护它返回稠密大气层时不被烧毁，返回时的最高温度有2000°C。所以对外壳的材料要求很高，DASA公司说这种材料能广泛应用在空间站、火星计划和可重复使用火箭上，但还没有飞行验证过。因此这是对这种材料的一次考验，而俄罗斯想验证其助推器的性能及返回时进入大气的角度和位置。新型助推器可单独返回地面，也可与卫星一起返回地面。俄航天专家指出，可回收和多次使用的助推器Fregat有多种用途，可配备在“联盟”、“天顶”、“质子” 和“安加拉” 等型号的运载火箭上，它能将卫星送入太阳同步轨道、高椭圆轨道、地球同步轨道，并可以与SS-18导弹合用发射小卫星，因此具有广泛的应用前景，DASA公司已与俄罗斯签署意向书来广泛探求它的使用领域。

俄罗斯拉沃奇金生产联合体从1992年就开始研制这种助推器，并在多国火星-96计划中采用，但是因为1996年11月质子号火箭没有进入轨道而没有得到验证。在空间和地面上的测试表明其有较高的可靠性。拉沃奇金生产联合体对Fregat助推器有较高的期望，因此在试验中尽量验证其各种商业应用能力，如多进行两次发动机开关试验等。

如果这次任务得到肯定，Fregat 或Fregat-2火箭将定于今年6月和7月为ESA进行两次四颗卫星的发射。2