一种端罩与一级整体回收低成本二级低轨道运载火箭的制作方法

本发明涉及航天火箭技术领域，特别是涉及一种端罩与一级整体回收低成本二级低轨道运载火箭。

背景技术：

随着国内外航天领域的不断发展，如何降低航天发射费用是整个航天产业面临的主要挑战之一，商业航天的发展对低成本发射和低成本火箭提出了更高的要求！尤其是对于一些低空高速飞行试验发射，实现运载器及其有效载荷的回收和重复使用是降低成本的重要措施。上世纪中开始，世界各航天大国持续开展可重复使用航天运输系统的研究和试验。从构型技术特点上看，可重复使用运载器可以分为水平回收重复使用运载器和垂直回收重复使用运载火箭两大类。开展垂直回收重复使用运载火箭研究的前提是开展运载火箭子级回收技术研究，例如spacex公司的“猎鹰-9r”火箭，采用了垂直返回的方式；俄罗斯提出的“贝加尔号”助推器也采用了带翼飞回式。航天飞机是采用水平滑跑回收的水平回收方式。spacex公司的“猎鹰”火箭整流罩分瓣采用降落伞海上回收，是卫星、飞船降落伞回收之后新的应用。

现有技术缺点：

目前，spacex公司的“猎鹰-9r”和蓝色起源的火箭实现了第一级火箭回收；“猎鹰-9r”整流罩抛罩后分两瓣分别回收，主要采用降落伞海上回收；第二级以上火箭没实现回收。

国内的运载火箭还没有实现回收，火箭的发射费用高于spacex公司的火箭发射费用。

综上，提供一种端罩与一级整体回收低成本二级低轨道运载火箭是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种端罩与一级整体回收低成本二级低轨道运载火箭，以解决上述现有技术存在的问题，可100％整体回收，检测评定后可重复使用，复用价值更高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种端罩与一级整体回收低成本二级低轨道运载火箭，包括一级箭体、火箭套罩和二级箭体，所述火箭套罩包括筒罩、端罩壳段和端罩，所述筒罩设置于所述一级箭体的前端，所述筒罩内用于放置二级箭体，所述筒罩的底部设置用于安装所述二级箭体的适配支座，所述筒罩的内壁上设置滑轨组合，所述适配支座上设置用于锁定所述二级箭体的电控锁紧装置，所述滑轨组合与所述二级箭体滑动配合连接，所述二级箭体的前端设置有卫星适配支架，卫星载荷安装在所述卫星适配支架上；所述端罩壳段设置于所述筒罩的前端，所述端罩设置于所述端罩壳段的前端，所述端罩由与所述端罩壳段铰接的多瓣组成，多瓣端罩合拢后为半球状，各瓣端罩的内侧通过端罩作动器与所述端罩壳段连接，通过所述端罩作动器控制所述端罩的开合；所述端罩壳段的内壁前端还设置有反推火箭，所述反推火箭的推力方向与一级箭体的动力方向相反。

优选地，所述一级箭体包括一级动力、输送系统、增压系统、一级动力舱、发动机罩、一级y箱、一级r箱和回收着陆支架。

优选地，所述二级箭体包括二级动力、增压输送系统、二级y箱、二级r箱和卫星适配支架，所述卫星适配支架设置于所述二级r箱的前端。

优选地，所述筒罩采用铝合金蒙皮或碳纤维复合材料或玻璃钢制成。

优选地，所述滑轨组合由多条周向分布的钛合金滑轨或铝合金滑轨构成。

优选地，所述端罩由6-8瓣组成。

优选地，所述端罩上设置有可翻转珊格翼。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的端罩与一级整体回收低成本二级低轨道运载火箭，“一级亚轨道运载火箭”可100％整体回收，检测评定后可重复使用，复用价值更高。

2、端罩壳段组合、筒罩滑轨组合和一级箭体整体回收，避免整流罩分瓣海上回收或降落伞回收所需跟踪、监测、回收船回收所带来的大量人力和物力消耗。

3、利用“一级亚轨道运载火箭”火箭套罩的保护，二级箭体结构飞行大气层过程中飞行环境大大改善，降低了二级箭体结构设计要求，可进一步降低研制和生产成本。

4、有效降低运载火箭功能成本，预计低轨道载荷发射成本与一次性火箭相比可降低50％。

5、一级亚轨道运载火箭的重复使用，可大大缩短火箭研制和发射周期。运载火箭发射费用的降低，为洲际运输、太空旅游、太空试验及太空产业和太空经济发展奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中端罩与一级整体回收低成本二级低轨道运载火箭的结构示意图；

图2为本发明中端罩与一级整体回收低成本二级低轨道运载火箭的筒罩内部结构示意图；

图3为本发明中火箭地面发射及一级飞行时端罩合罩状态的结构示意图；

图4为本发明中一级箭体、二级箭体分离前端罩打开状态的结构示意图；

图5为本发明中一级箭体、二级箭体分离及二级箭体飞行状态的结构示意图；

图6为本发明中级间分离后端罩合罩，一级亚轨道运载火箭返回状态的结构示意图；

图7为本发明中火箭返回地面过程端罩可根据稳定需要调整打开开度的状态的结构示意图；

图8为本发明中一级箭体及其筒罩整体返回着陆状态的结构示意图；

图中：1-一级箭体、2-火箭套罩、3-二级箭体、4-筒罩、5-端罩壳段、6-端罩、7-适配支座、8-滑轨组合、9-卫星适配支架、10-卫星载荷、11-端罩作动器、12-反推火箭、13-可翻转珊格翼。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种端罩与一级整体回收低成本二级低轨道运载火箭，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例中的端罩与一级整体回收低成本二级低轨道运载火箭，如图1、图2所示，包括一级箭体1、火箭套罩2和二级箭体3，火箭套罩2包括筒罩4、端罩壳段5和端罩6，筒罩4设置于一级箭体1的前端，筒罩4内用于放置二级箭体3，筒罩4的底部设置用于安装二级箭体3的适配支座7，筒罩4的内壁上设置滑轨组合8，适配支座7上设置用于锁定二级箭体3的电控锁紧装置，滑轨组合8与二级箭体3滑动配合连接，二级箭体3的前端设置有卫星适配支架9，卫星载荷10安装在卫星适配支架9上；端罩壳段5设置于筒罩4的前端，端罩6设置于端罩壳段5的前端，端罩6由与端罩壳段5铰接的多瓣组成，多瓣端罩6合拢后为半球状，各瓣端罩6的内侧通过端罩作动器11与端罩壳段5连接，通过端罩作动器11控制端罩6的开合；端罩壳段5的内壁前端还设置有反推火箭12，反推火箭12的推力方向与一级箭体1的动力方向相反。

本实施例中，一级箭体1包括一级动力、输送系统、增压系统、一级动力舱、发动机罩、一级y箱、一级r箱和回收着陆支架(各部分连接关系和工作原理为火箭的常规技术手段，不做赘述)；其中一级动力包括，一级九台120t并联液氧煤油发动机，中间一台发动机双向摇摆、且可做50％推力调节，外面八台位置均布的发动机，其中四台可做单项摇摆控制飞行姿态。

本实施例中，二级箭体3包括二级动力、增压输送系统、二级y箱、二级r箱和卫星适配支架9，卫星适配支架9设置于二级r箱的前端；二级动力包括中间一台120t液氧煤油发动机 四台2t位置均布的游机。

本实施例中，端罩6各瓣在作动器的作用下打开到位时，二级箭体3和适配支座7链接解锁，反推火箭12点火，载荷延一级筒罩4滑轨滑出分离；二级箭体3及其载荷继续飞行执行载荷任务。端罩6打开(不抛罩、不脱落)、一二级分离后合罩，火箭套罩2同一级箭体1构成的“一级亚轨道运载火箭”整体回收。筒罩滑轨组合 端罩壳段组合可以设计一体结构，这里分为两个部件，主要考虑工艺、生产、试验等过程操作更方便。

于本具体实施例中，筒罩4采用铝合金蒙皮或碳纤维复合材料或玻璃钢制成，滑轨组合8由多条周向分布的钛合金滑轨或铝合金滑轨构成，滑轨表面固体润滑，助载荷安装和分离时限位和润滑，保护载荷免受外力损伤。

于本具体实施例中，端罩6由6-8瓣组成，每瓣端罩6通过端罩作动器11作动打开或关闭；端罩作动器11为电动、液压作动机构或舵机，并按照需要的开度渐进调整整流罩开度。

于本具体实施例中，端罩6上设计安装可翻转珊格翼13，可翻转珊格翼11附在端罩5的外侧，可通过焊接方式实现连接，火箭回收降落时端罩6打开，端罩6及其珊格翼起到气动整流稳定的作用。亚轨道运载火箭返回地面过程中，端罩6可根据稳定需要调整打开开度，渐进打开或关闭合罩，代替传统火箭返回过程珊格翼的作用，稳定火箭姿态。

二级贮箱(“二级y箱”和“二级r箱”的合成)结构及安装设计：贮箱采用2214/2219材料；箱底采用锥形底，提高箱底刚度，降低成型工艺难度。贮箱壳段采用蒙皮 环框、行条结构，蒙皮保证密封，环框、行条增加强度和刚度；贮箱焊接采用搅拌焊接技术，提升焊缝强度系数。二级前后两个贮箱安装采用凹凸嵌入方式，有利于节省空间；贮箱凹凸嵌入方式不是共底结构，避免共底结构真空技术要求，降低工艺难度和生产成本。

本实施例中，端罩与一级整体回收低成本二级低轨道运载火箭的飞行程序和原理如下：

1)火箭各部件完成安装调试并完成发射前各系统及总体测试准备；发射准备阶段与传统火箭一样，依靠一级箭体1的发动机将整个火箭推动升空；状态参见图3。

2)在火箭穿越大气层到达指定分离高度后，端罩6在端罩作动器11作用下向外打开，如图4所示；端罩6打开，一级箭体1发动机关闭。

3)反推火箭12的发动机启动，一级箭体1和二级箭体3分离，如图5所示，二级箭体3继续飞行至预定轨道，星箭分离。

4)一级箭体1和二级箭体3分离后端罩6关闭，如图6所示，一级亚轨道运载火箭(一级箭体1 火箭套罩2)在地球引力或一级火箭发动机作用下，缓速返回大气层，飞向地面。落地前预定高度，依靠一级中间发动机调节推力、各发动机推力共同作用不断调整火箭姿态缓慢下降，火箭降落着地前回收着陆支架打开，最终降落到指定回收地点上，如图8所示。

5)端罩6整流稳定设计，代替传统火箭返回过程珊格翼的作用，稳定火箭姿态。一级亚轨道运载火箭返回地面过程中，端罩6可根据稳定需要调整打开开度，渐进打开或关闭合罩，如图7所示。

6)一级亚轨道运载箭体回收后返厂，检修合格后可继续使用，用于新的亚轨道发射任务。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。