[發明專利]一種可重復使用航天運載系統及往返方法

有效

• 申請號: 201710215329.3
• 申請日: 2017-04-03
• 公開（公告）號: CN107063006B
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 曹宏偉;段祥軍
• 申請（專利權）人: 湖北航天技術研究院總體設計所
• 主分類號: F42B15/00
• 分類號: F42B15/00;F42B15/01;F42B15/36;F42B10/60;F02K9/42
• 代理公司: 武漢智匯為專利代理事務所(普通合伙) 42235
• 代理人: 樊黎

1.一種可重復使用航天運載系統，包括地面發射回收跟蹤指揮通信控制系統、主推火箭動力系統，還包括航空動力系統、氣動分離單元、過渡艙、控制艙、航空動力燃料艙、控制系統、姿態穩定系統、定位定向導航系統、供電發電系統、返回著陸系統，航天運載系統垂直起飛垂直軟著陸，豎立狀態自上而下結構依次由過渡艙、控制艙、航空動力燃料艙、主推火箭動力系統對接集成主干；

其中：主推火箭動力系統包括火箭結構本體、LNG(液體天然氣)液體火箭發動機、燃料罐及燃料供給系統、氧化劑儲罐及氧化劑供給系統、火箭噴管、多種承力支架結構附件，火箭噴管與液體火箭發動機構成模塊化集成結構，火箭噴管位于液體火箭發動機下端，火箭噴管與液體火箭發動機布置在火箭結構本體內下段中央，多種承力支架固定在火箭結構本體內壁，燃料罐及燃料供給系統、氧化劑儲罐及氧化劑供給系統按質量均布原則通過承力支架固定在火箭結構本體內；

其中：航空動力系統包括2套以上航空渦噴發動機、擺動噴管、燃料儲箱及供給系統，擺動噴管集成在航空渦噴發動機下端，航空渦噴發動機外殼噴涂耐燒蝕隔熱涂層，航空渦噴發動機均勻環繞布置固定在航空動力燃料艙柱段中部外面，燃料儲箱及供給系統按質量均勻原則布置在航空動力燃料艙內；航空動力系統為航天運載系統返回提供反推力和直接控制穩定力，保證航天運載系統恢復到發射時鉛垂狀態平穩著陸；

其中：過渡艙、控制艙、航空動力燃料艙、火箭結構本體外形均為中空圓柱體，內壁為5±1毫米高強度鋁合金材質整體3D打印而成基體，外壁為6±1毫米侵膠纏繞輕質耐燒蝕隔熱碳纖維復合材料耐燒蝕隔熱層；

其中：控制系統、定位定向導航系統、布置于控制艙內，控制艙柱面上開有窗口，定位定向導航系統及接收地面遙控信號的天線安裝在窗口上；

其中：姿態穩定系統包括姿態、穩定執行機構、控制單機，控制單機布置于控制艙內，穩定執行機構包括空氣舵，空氣舵安裝在控制艙下端框外壁；

其中：氣動分離單元包括高壓氣瓶、電磁閥、充放氣閥、管路、汽缸、活塞桿，氣動分離單元按質量均勻布局在過渡艙內；

其中：供電發電系統包括大容量電池組、發電單元、配電單元，電池組、配電單元布置在過渡艙內，發電單元安裝在航空動力燃料艙內、通過航空動力系統提供動力發電、補充電池組電量，配電單元接收控制系統指令給航天運載系統供電；

其中：返回著陸系統由著陸裝置和地面軟回收裝置組成，著陸裝置包括激光對準器、電磁軟著陸對接單元、防熱隔熱保護罩，著陸裝置安裝在火箭結構本體底面；地面軟回收裝置包括大功率電磁發生器、液壓緩沖裝置、控制單元、激光靶標、軟著陸臺。

2.一種可重復使用航天運載系統往返方法包括：

(1)、航天運載航天運載系統與上面級總裝測試完成后成待發射火箭運往指定發射地點，主推火箭動力系統加注LNG和氧氣，氣動分離單元充高壓氣體，地面發射回收跟蹤指揮通信控制系統開啟工作；

(2)、完成最后檢查的待發射火箭垂直豎立在發射臺上，解開與發射臺連接的安全栓，接收地面發射回收跟蹤指揮通信控制系統點火命令，火箭供電系統啟動自供電，航空動力系統和主推火箭動力系統同時點火，火箭發射升空，發電單元同時開始發電為系統供電和為電池組充電；

(3)、當火箭飛行上升到離地面2萬米以上高空后，航空動力系統接收控制系統指令停止工作，處于待機狀態，火箭在主推火箭動力系統單獨工作下繼續飛行；

(4)、當火箭飛行到航天運載系統與上面級分離預定空域，航天運載系統與上面級解鎖，主推火箭動力系統關機，著陸裝置拋防熱隔熱保護罩，氣動分離單元接收控制系統指令啟動工作，實現航天運載系統與上面級分離；

(5)、分離后的航天運載系統在控制系統、姿態穩定系統、定位定向導航系統共同作用下無動力滑行下降至3萬米高空時，航空動力系統接收控制系統指令再次啟動工作、調整飛行方向，飛向預定回收場；

(6)、航天運載系統飛到回收場上空后，在控制系統、姿態穩定系統、定位定向導航系統共同作用下，調整到頭朝上飛行姿態，航空動力系統提供反作用力，航天運載系統減速下降，著陸裝置激光對準器和電磁軟著陸對接單元啟動工作，地面軟回收裝置啟動工作；

(7)、定位定向導航系統確定地面軟回收裝置具體位置，激光對準器瞄準對準激光靶標，大功率電磁發生器工作產生強磁場，航天運載系統在航空動力系統和強磁場共同作用下緩慢著陸到軟著陸臺上時刻，液壓緩沖裝置工作，進一步弱化著陸沖擊力，實現軟回收。