一种解耦海上液体火箭发射回收的方法和系统与流程

本发明涉及航天发射回收，尤其是涉及一种解耦海上液体火箭发射回收的方法和系统。

背景技术：

1、海上航天发射是航天发射的重要发展方向。与陆基发射相比，海上发射的发射区域和回收区域可设于广阔海域，安全性高，对地面人员、设施和航路影响小；同时，发射区域灵活可选，可以适应不同射向的发射要求。随着全球商业航天产业的快速发展，以卫星互联网星座为代表的大规模低轨卫星部署需求激增，对高频次、低成本、可复用的海上发射系统提出了迫切需求。

2、目前，国际上现有的海上火箭发射方案多采用“船台一体”方案，即将发射平台与运输船进行一体化设计，发射时船舶兼作发射载体。在该方案中，运输、发射、加注、测控、稳定支撑等功能集中在同一船舶或平台上，各功能系统相互制约，导致设计难度高、维护复杂、系统复用困难；运输船需同时满足海上运输功能和发射稳定性要求，对稳性、结构强度和定位精度要求极高，导致建造成本居高不下；作业流程中涉及大量推进剂和火工品环境下的星箭组合体运输、转载、上架等操作，大量人员需在发射平台上长时间工作，码头和船上均需设置大型塔架，流程繁琐，安全风险突出；每个发射周期只能完成一次发射，发射后维修困难，维修期间无法进行后续发射，难以实现高频发射；此外，传统方案依赖少数岸基测控站，覆盖范围有限，火箭飞出视距后存在测控盲区，安全保障不足。

3、现有技术中虽涉及海工平台、运输船、海上发射起竖装置、海上协同作业、稳定平台或近海发射系统等，但上述方案仍未有效解决海上发射系统功能耦合、建造成本高、发射频次低及测控覆盖有限的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种解耦海上液体火箭发射回收的方法和系统，具有系统解耦、平台复用、无盲区测控及全过程测控保障的效果。

2、本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种解耦海上液体火箭发射回收的方法和系统，包括功能解耦的桩基稳定平台、模块化发射平台、半潜运输船和天地一体化测控平台；

4、所述桩基稳定平台固定设置于海上发射海域，用于提供发射基础；

5、所述模块化发射平台可拆卸地固定于所述桩基稳定平台上，用于承载火箭并完成起竖、加注和发射作业；

6、所述半潜运输船可装卸地承载所述模块化发射平台，用于在母港与所述桩基稳定平台之间装卸和运输所述模块化发射平台，且发射时撤离至安全区域；

7、所述天地一体化测控平台分别与所述桩基稳定平台、所述模块化发射平台、所述半潜运输船通信连接，用于对火箭发射及飞行全过程进行测控。

8、通过上述技术方案，将传统海上液体火箭发射系统中耦合在一起的运输、发射、加注、稳定支撑、测控等功能解耦为四个独立的子系统，各子系统可独立设计、独立制造、独立优化和独立运维，互不制约，解决了“船台一体”方案中因功能耦合导致的系统设计难度高、维护复杂、系统复用困难的问题；同时，模块化发射平台可拆卸地固定于桩基稳定平台上，半潜运输船可装卸地承载模块化发射平台并可在发射时撤离至安全区域，天地一体化测控平台分别与其余三个子系统通信连接，实现了对火箭发射及飞行全过程的全程测控，有效解决了传统方案测控覆盖存在盲区的技术问题。

9、作为本发明的进一步的技术方案：所述桩基稳定平台包括多根钢管桩；所述钢管桩外部套设有导管架钢管柱；

10、所述导管架钢管柱顶端通过锁紧件可拆卸固定连接有平台桁架；

11、多根所述导管架钢管柱之间连接有导管架联结系，所述导管架联结系沿水平方向的纵横两个方向布置，形成刚度闭合的空间框架。

12、通过上述技术方案，桩基稳定平台采用多根钢管桩外部套设导管架钢管柱的结构，导管架钢管柱顶端通过锁紧件可拆卸固定连接平台桁架，多根导管架钢管柱之间通过沿水平方向纵横两个方向布置的导管架联结系连接形成刚度闭合的空间框架，将原本独立的多根桩在水平面内耦合成整体，使多根钢管桩共同抵抗倾覆力矩，从而在不依赖船体稳定性的前提下提供超高稳定性的海上发射基础。经结构计算，抗倾覆安全系数达7.31、竖向安全系数达2.40，远超常规海上平台规范要求，确保火箭起竖、加注和发射全过程零晃动、零位移；同时，锁紧件可拆卸连接使平台桁架可在多个桩基工位间频繁安拆、周转复用，单次拆装时间仅分钟级，为实现高频次发射提供了稳定的基础保障。

13、作为本发明的进一步的技术方案：所述锁紧件包括导向销和锁紧装置；

14、所述导向销穿设于所述平台桁架与所述导管架钢管柱之间；

15、所述锁紧装置用于将所述平台桁架与所述导管架钢管柱锁定或解锁。

16、通过上述技术方案，锁紧件包括穿设于平台桁架与导管架钢管柱之间的导向销以及将两者锁定或解锁的锁紧装置，导向销在平台桁架落位时首先进入导管架钢管柱的导向孔，利用锥形斜面的引导作用将平台桁架自动校正至精确位置，实现亚米级定位精度；锁紧装置随后将平台桁架与导管架钢管柱锁定或解锁，单次锁定/解锁时间仅分钟级，从而保证了平台桁架在多次周转使用中的快速安拆能力，为实现模块化发射平台的高频周转复用提供了可靠的连接与分离手段。

17、作为本发明的进一步的技术方案：所述模块化发射平台包括发射平台本体；

18、所述发射平台本体的一侧设有喷口，所述喷口处铰接有起竖架；

19、所述发射平台本体上可拆卸安装有发射台；

20、所述发射平台本体的底部表面设有耐火防腐防护层；

21、所述发射平台本体集成有加注系统和储能系统；

22、所述发射平台本体与所述桩基稳定平台通过锁紧件可拆卸固定连接。

23、通过上述技术方案，模块化发射平台采用箱型钢结构主体并在其上集成喷口、起竖架、发射台、加注系统、储能系统、耐火防腐防护层及紧固套筒等全部发射功能设备，使得平台成为一个功能完整的独立模块，可在工厂标准化预制、在母港完成火箭水平总装与预定位后整体运输至海上工位，到位后直接进行起竖、加注和发射作业，无需在海上进行设备安装或调试；发射完成后可整体运回母港检修，实现了工厂化预制、模块化建造和高频次周转复用。单平台可重复使用数十次乃至上百次，单次发射平台分摊成本从传统方案的千万元级降至百万元级；同时，加注系统集成于平台使加注时间由传统方案的6～8小时缩短至5小时，防护层可保护钢结构免受1800℃尾焰烧蚀，确保了平台的可重复使用。

24、作为本发明的进一步的技术方案：所述起竖架包括液压缸组和起竖臂；

25、所述起竖臂的一端铰接于靠近喷口处的发射平台本体上，其另一端与所述火箭的中上部铰接；

26、所述液压缸组的一端铰接于所述发射平台本体，其另一端铰接于所述起竖臂，用于驱动所述起竖臂绕所述喷口转动。

27、通过上述技术方案，起竖架采用液压缸组和起竖臂的结构，起竖臂一端铰接于靠近喷口处的发射平台本体上、另一端与火箭中上部铰接，液压缸组一端铰接于发射平台本体、另一端铰接于起竖臂，通过液压缸组的伸缩驱动起竖臂绕喷口处的铰接点转动，将火箭从水平状态起竖至垂直状态。起竖后火箭喷口与重心完全重合，受力状态最优，无需传统方案中耗时8～12小时的二次调姿，为实现“24小时1发”的高频发射能力提供了核心的起竖执行手段。

28、作为本发明的进一步的技术方案：所述半潜运输船安装有承载甲板，用于承载所述模块化发射平台；且所述半潜运输船通过下潜浮托方式装卸所述模块化发射平台；

29、所述半潜运输船集成有动力定位系统，用于使所述半潜运输船在所述桩基稳定平台附近保持精确位置。

30、通过上述技术方案，半潜运输船仅承担模块化发射平台的海上装卸和运输功能，通过下潜浮托方式装载和卸载平台，并集成动力定位系统使半潜船在桩基稳定平台附近保持精确位置。由于半潜船不参与发射，发射时已撤离至安全区域，无需像传统“船台一体”方案那样满足发射稳定性要求，船舶建造成本可降低40%～60%。同时，一艘半潜船可循环服务多个模块化发射平台，1～2艘半潜船即可服务7～10个桩基工位，年运输次数可达150次以上，运输环节不成为发射频率瓶颈，为实现年发射能力不低于300次的高频发射目标提供了物流保障。

31、作为本发明的进一步的技术方案：所述天地一体化测控平台包括地基场区测控子系统、航区测控子系统、天基测控子系统和测控任务中心；

32、所述地基场区测控子系统设置于发射海域周边，用于火箭起飞初始段的测控；

33、所述航区测控子系统，沿火箭飞行航路布置，用于火箭飞行中段的接力测控；

34、所述天基测控子系统，利用在轨卫星星座提供测控中继服务；

35、所述地基场区测控子系统、所述航区测控子系统和所述天基测控子系统分别与所述测控任务中心连接，所述测控任务中心用于统一调度和数据融合；

36、所述地基场区测控子系统、所述航区测控子系统和所述天基测控子系统中，任意两者的覆盖范围均具有重叠区域，形成天地互备的无盲区测控网络。

37、通过上述技术方案，天地一体化测控平台采用“地基场区+航区+天基”三层架构并设置测控任务中心统一调度，三层中任意两者的覆盖范围均具有重叠区域，任一时刻至少有两层同时接收遥测数据，形成天地互备的无盲区测控网络。当任一层面因设备故障或信号遮挡失效时，另一层可瞬时接管，解决了传统方案依赖岸基测控站、火箭飞出视距后存在测控盲区的问题，实现了对火箭发射及飞行全过程无盲区、不间断的测控保障。同时，采用商业化运营模式，测控建设和运维成本显著降低。

38、作为本发明的进一步的技术方案：所述天地一体化测控平台还包括回收测控子系统，所述回收测控子系统设置于火箭回收区附近，用于测控火箭回收段，所述回收测控子系统与所述测控任务中心连接。

39、通过上述技术方案，在三层无盲区测控网络基础上，进一步增设回收测控子系统，该子系统设置于火箭回收区附近并与测控任务中心连接。火箭级间分离后，天基测控子系统与回收测控子系统同时接收回收级的遥测数据，互为备份，实现对火箭回收子级从分离到着陆全过程的跟踪测量、遥测接收和地面安控，确保了火箭回收段的测控安全，为火箭的可重复使用提供了测控保障。

40、本发明还公开了一种海上液体火箭发射回收的作业方法，包括以下步骤：

41、s1、在母港将火箭水平总装后，通过运输车将火箭水平推送至模块化发射平台上，使所述火箭的尾部对准所述喷口，完成水平预定位；

42、s2、所述半潜运输船下潜，将承载有所述火箭的所述模块化发射平台装载于所述半潜运输船上，并运输至海上发射工位；

43、s3、所述半潜运输船在所述桩基稳定平台附近定位后下潜，将所述模块化发射平台落位于所述桩基稳定平台上，并通过锁紧件将所述模块化发射平台与所述桩基稳定平台锁定；

44、s4、以所述喷口为铰接支点，起竖架将所述火箭从水平状态起竖至垂直状态，完成原位起竖；

45、s5、通过所述模块化发射平台上集成的加注系统向所述火箭加注推进剂；

46、s6、点火发射，所述火箭升空，所述天地一体化测控平台对火箭全程跟踪测控；

47、s7、发射完成后，所述半潜运输船返回所述桩基稳定平台，将所述模块化发射平台运回母港。

48、通过上述技术方案，采用“水平预定位+原位起竖”的作业方法：在母港将火箭水平总装后通过运输车水平推送至模块化发射平台并完成喷口对齐，随后由半潜运输船将平台整体运输至海上发射工位，落位于桩基稳定平台后以喷口为铰接支点将火箭从水平状态原位起竖至垂直状态，经加注后点火发射，发射完成后平台运回母港。整个作业流程全部在地面完成水平总装和预定位，无需传统方案中的大型垂直吊装设备和码头塔架；以喷口为铰接支点起竖到位后喷口与重心自然重合，无需传统方案中耗时8～12小时的二次调姿。单平台作业周期约16小时，加上下游准备与缓冲约8小时，全流程控制在24小时以内，实现了“24小时单系统完成一次完整发射”的高频发射能力。

49、作为本发明的进一步的技术方案：所述步骤s4中，所述起竖架通过液压缸组驱动，将所述火箭从水平状态起竖至垂直状态。

50、通过上述技术方案，起竖架通过液压缸组驱动，采用多缸并联结构同步伸出，将火箭从水平状态起竖至垂直状态，为“原位起竖”步骤提供了具体的驱动方式。液压缸组多缸并联可提供足够的推力和冗余，确保起竖过程平稳可靠。单次起竖全程约60分钟（0~30°约15min、30~60°约20min、60~90°约25min），起竖效率高，为实现24小时内完成一次完整发射提供了可靠的起竖执行手段。

51、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

52、1.本发明公开一种解耦海上液体火箭发射回收的系统，其通过将系统解耦为四个独立子系统，实现各子系统独立设计、制造和运维，互不制约；通过桩基稳定平台固定设置于海上发射海域，实现火箭起竖、加注和发射全过程零晃动；通过模块化发射平台可拆卸地固定于桩基稳定平台上，实现平台在多个工位间周转复用，大幅降低单次发射平台分摊成本；通过半潜运输船仅承担装卸和运输且发射时撤离至安全区域，实现建造成本显著降低；通过天地一体化测控平台分别与其余三个子系统通信连接，实现对火箭发射及飞行全过程的全程无盲区测控；从而实现高频次发射能力和远低于现有方案的综合成本。

53、2.本发明公开一种海上液体火箭发射回收的作业方法，其通过在母港将火箭水平总装后直接推送至模块化发射平台上完成预定位，实现无需大型垂直吊装设备和码头塔架；通过以喷口为铰接支点将火箭从水平状态原位起竖至垂直状态，实现起竖到位后喷口与重心自然重合，无需二次调姿；通过平台自带的加注系统在到位后立即加注，实现加注时间大幅缩短；通过平台底部的防护层使平台可重复使用，实现射后检修时间大幅缩短；从而实现单平台全流程周期控制在24小时以内，完成单系统快速发射回收。