中国成功完成火箭垂直回收实验，飞行一公里，误差低于0.5米！

在阅读此文前，中国麻烦您点击一下“关注”，成功垂直既方便您进行讨论与分享，完成误差又给您带来不一样的火箭回收参与感，感谢您的实验支持。2022年5月份 ，飞行深蓝航天公司研制的公里“星云-M”一号实验箭 ，这一次的低于飞行任务是进行火箭的垂直回收实验，“星云-M”垂直飞行至离地面一公里后，中国返回降落到了离指定位置不到0.5米的成功垂直地面，这标志着实验的完成误差顺利成功 ，这也是火箭回收中国第一次液体火箭的垂直回收 。“星云-M”一号实验箭已经进行了多次地面静态点火和飞行的实验任务 ，实验箭累积的飞行静态点火时间超一百三十秒，而这次完成的公里十米级和百米级的垂直回收任务，又实现了新突破。继SpaceX公司后，深蓝航天成了第二家完成液态火箭垂直回收的公司。那么为什么液态火箭垂直回收这么不容易呢
？为什么说它是突破呢？我们就来一起盘点一下星云-M到底有哪些优秀之处？星云-M完成了十米级和百米级液态运载火箭的垂直回收大部分火箭使用的是一次性的火箭，一次性运载火箭与可回收火箭相比
，其主要缺点在于成本更高 。一次性火箭一旦发射就无法重新使用，每一次任务都需要新的火箭，而且火箭的大部分部件都被摧毁或损坏，需要重新制造或更换。这导致了运载成本显著增加
 ，所以可回收火箭应势而生，如果可以把完成工作的火箭回收
，经过维护后重新投入使用，那么就能大大降低成本
，有人做出预估，如果应用了可回收火箭技术，那么就能节省百分之八十的发射成本，如果再此基础上继续使用提高使用次数，那么宇航成本将能减少一个数量级。只有降低火箭的发射成本，我们才能把多余的财力大力发展卫星系统，建立卫星链。如今火箭有三种主要的回收的方式，首先来说伞降回收，火箭完成工作后进行级间分离抛掉推进剂后返回 ，当火箭发动机降至低空的时候，会采取打开降落伞降落，到接近地面时打开气囊使火箭落地，不过这样的方式虽然比较简单，但是却不够灵活 ，无法控制具体的着陆点，而且对它降落的地形会有严格的要求，最重要的是，火箭发动机在着陆后也会损毁 ，无法实现真正意义上的回收 。第二种回收方式叫带翼飞回，也就是给火箭安装像飞机那样的机翼和起落架，来实现减速滑翔式落地，不过，带翼飞回的回收方式同样面临一些问题 ，比如因为增加了滑翔结构，其重量会影响整体的运载能力
，并且因为需要对应的跑道，带翼飞回同样也会挑地形。最后一种就是垂直回收，垂直回收也就是当火箭返回过程中进行级间分离后，一级火箭发动机的控制系统会使其倒转，运用反作用力运行到指定位置 ，这原理听起来容易 ，实践起来是很有难度的，毕竟火箭的高度一般都是十几层楼那么高 ，再加上速度快
，要让它毫发无损的降落至地面那对技术的要求是相当高的，更别提还得降落到指定位置，这需要很强大的横向控制技术 。星云-M运用到的回收方式就是垂直回收，据了解 ，星云-M在回收结束后，会进行机器维护和一些部件的更换，过如果再次发射，那么它的第二次发射成本只有原来成本的百分之一。星云-M在本次的垂直回收的飞行实验中，飞行高度为一公里，速度达到了0.2Ma ，这也是中国垂直回收飞行中收获到的最高最快的记录。我们知道 ，控制火箭垂直回收最重要的部件就是火箭发动机，固体火箭发动机往往推力只能保持不变 ，但是如果要进行垂直回收技术，那么就必须用到液体火箭发动机 ，液体发动机可以控制燃烧室的氧化剂以及液体燃料流量，以此实现多次点火，所以对于可回收火箭来说，研究这种灵活推力的发动机就至关重要 。星云M一号实验箭发动机的3D黑科技星云-M液体回收试验火箭的雷霆-5发动机是由3D打印技术制造而成的，这也是中国首个使用3D打印技术制作的针栓式发动机 。首先来说说3D打印技术，3D打印技术是一种数字制造技术
，它可以通过逐层添加材料来创建三维物体。其实3D打印与我们所用的普通打印机原理类似
，普通打印机在我们选择打印按钮后 ，就会把图片或者文字转化成数字信息传递到喷墨打印机  ，然后喷墨打印机的喷口会根据其指定的地方喷墨
，就会形成二维图像 。3D打印机也是同理
，只不过把墨水换成了可以直接成型的原材料，接着一层一层的堆叠并形成实体 ，这种逐层添加的过程通常使用计算机辅助设计（CAD）软件来实现，可以通过多种材料和工艺来实现。3D打印技术的优点之一是可以快速制造复杂的几何形状和内部结构 。这使得制造商可以更快地开发新产品 。传统的制造方法通常需要大量的原材料和能源 ，而3D打印技术只需要使用所需的材料来制造产品。这意味着制造商可以更加环保和节约成本
。雷霆5发动机大部分都由3D打印技术来完成
 ，比传统的制造方式缩短了不少工期 ，并且大大降低了成本
，雷霆5发动机用到的是镍基高温合金粉末作为原材料
，这种材料稳定性高 ，强度高，粒度均匀，结实有抗断裂性，能够更好的支持垂直回收中不断进行推力调整的稳定性 。据相关资料显示，雷霆5发动机的工作次数已超十次，并且已经完成了多次的静态点火测试。针栓式发动机与普通发动机相比，优势在哪里 
？有的朋友注意到了，星云-M的发动机采用到的是针栓式发动机
，那么这个针栓又是怎么回事？与传统发动机相比又有何优势呢？变推力发动机最关键的地方就是喷注器，喷注器也就是让氧化剂和燃料在一起雾化燃烧的部件，不同结构的喷柱器，燃料和喷柱器相遇的方式也不同，燃烧效果也不同，传统发动机是在喷柱器的头部放置排布均匀的喷注孔，工作时，多股氧化剂的射流和多股燃料的射流撞击雾化 。而针栓式喷柱器在离头部一定距离的地方形成混合流场，针栓式喷柱器的针栓头会直接伸到燃烧室中，一种推进剂会在针栓头部的孔中径向喷射
，也就是延半径方向喷射而出 ，另一种推进剂在针栓外部孔中轴向喷射 ，两个方向的推进剂在一个垂直的角度进行撞击
，这样的好处是，会形成两个空间，使针栓式喷柱器能比普通喷柱器燃烧的更充分更稳定高效，并且对发动机的热防护上更有效果 。除此之外  ，针栓喷柱器很好制造 ，只需要普通的工艺和材料 ，并且在优化上面 ，如果想要追求高效的效果  ，只需要在针栓头和套筒上面进行改造就能达到目的。总之 ，针栓式火箭喷柱器的设计精度非常高，可以实现非常精确的燃料喷射和控制 。这种设计使得火箭发动机能够更加精准地调节推力和方向 ，从而提高了航天器的操控性和稳定性 。从可靠性上来说 ，针栓式火箭喷柱器采用了一种简单而可靠的设计，不需要复杂的机械结构和控制系统 ，从而减少了故障发生的可能性。这使得针栓式火箭喷柱器在航天器发射和运行过程中更加可靠，能够保证航天任务的顺利完成 。电动泵调节推进剂流量世界上首个使用电动泵调节推进剂的是卢瑟福发动机 ，它在2018年被应用到了“电子号”火箭上。电动泵燃烧的优点是推进剂不会被浪费
，传统的燃气泵需要推进剂去推动涡轮，电动泵里的推进剂可以全部用来燃烧 ，所以比冲更高。这意味着电动泵火箭发动机可以在给定的燃料和氧化剂下提供更大的推力，使得火箭的速度和载荷能力都得到了显著的提升。电动泵的循环结构简单 ，成本低
，制造更加容易。总的来说，电动泵火箭发动机是一种具有广阔应用前景的新型发动机技术，它在推力 、能量效率 、适应性、可靠性、安全性、成本和使用寿命等方面都具有优势。如今深蓝航天突破了技术难关 ，成功将电动泵发动机运用到火箭中，为中国的航天发展做出了重大的贡献 。火箭回收是一项非常复杂的技术活动
，需要克服很多困难。未来，中国将继续加强火箭回收技术的研究和开发，尤其是从技术层面上提高回收成功率 。例如，可以通过优化回收系统 、改进控制系统等方式，提高回收过程中的精度和稳定性，从而有效提高回收成功率 。深蓝航天还在继续加强研究高空回收技术，也许未来我们很快就能看到，十公里甚至百公里垂直回收的成功 ，那将为我国航天发展的宏图上，填上浓墨重彩的一笔 。好了 ，本期内容到这里就结束了，看完这期别忘了给我们点赞 ，关注和转发。谢谢您的支持 ，下期更精彩 ！

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