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西班牙私营航天公司成功验证高空气球火箭发射
2017-03-18 19:07   审核人:

3月1日,西班牙的零至无穷(zero2infinity)公司在西班牙海岸附近利用气球将小型火箭——Bloostar提升至25km高度后,成功实现Bloostar的分离、点火,并在海上完成回收(试验过程参见下方视频)。

  此次试验的视频

zero2infinity的Bloostar的发射任务方案如下图所示,利用气球将火箭提升至20-40km的高空,然后Bloostar(三级并联构型)分离并点火工作,将卫星送入轨道。Bloostar的600km SSO轨道的运载能力为75kg

Bloostar的任务方案

zero2infinity表示,在空气稀薄甚至没有大气环境的高空发射火箭,和地面发射相比,最大的优势是可以将入轨所需的速度增量降低8%。虽然这一点速度增量非常小,但考虑到有效载荷和火箭起飞质量之间的指数关系,速度增量上的一点改变就会对运载能力产生极大影响。而之所以高空发射能够降低速度增量,主要是由于空气阻力和重力损失降低,以及发动机喷管能够在最优条件下工作。不同高度发射时的阻力关系如下图所示,蓝线表示从20km高空发射火箭,可以看到与地面发射的火箭相比,阻力非常小。

不同高度发射时的阻力对比关系

此外,高空发射火箭的热环境也会大幅改善,降低了对火箭的防热系统的要求,从而能够简化防热系统,实现火箭结构质量的优化。下图是不同高度发射时,火箭的热通量情况,高空发射能够将热通量降低10倍

不同高度发射时的热通量对比关系

同时,在完成火箭发射之后,高空气球还可以作为通信中继点,从而降低了地面遥测通信站的依赖,可以降低发射服务中的地面操作成本。

高空气球在火箭发射后还可以作为通信中继

zero2infinity不仅在发射方案上独具特色,其Bloostar火箭(如下图)的设计也很有新意。首先,采用并联三级构型。一、二子级都采用环形结构,最外侧为一子级,包裹着二子级。中心为三子级,有效载荷固定在中心的三子级上。

三级并联构型的Bloostar

Bloostar的采用液氧甲烷发动机。一子级6台发动机的单台推力为15kN。二三子级发动机相同,推力为2kN,二子级使用了6台,三子级使用了1台。所有发动机都采用了挤压式推进剂供应方式。目前的姿控系统采用了TVC(推力适量控制)和RCS(反作用控制系统),不过未来计划利用环形结构的优势,利用不同发动机的推力差分实现姿态控制。另外,发动机制造采用了3D打印技术(现在看来,3D打印部件几乎已经成了新型发动机的标配工艺)。

关于Bloostar,最后提一项比较令人咋舌的数据,总重仅有4.9t,确实非常小巧。具体的质量分配情况如下所示。

Bloostar的质量分配情况

zero2infinity公司已经在网上接受发射预定了,并表示目前已经收到大约价值2.5欧元的订单意向,不过他们还没有公布发射价格。

当然,zero2infinity的创新方案还需要进一步检验,不过他们在方案和技术上的尝试也值得思考。最后,一起看看zero2infinity公司官方给出的Bloostar整个发射过程的演示视频。

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