超级军网对助推器返回发射场的一点想法
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/24 10:53:17
spacex制作的f9r视频没有说明助推器怎么返回发射场。可能他们自己都没整明白，先搞定减速再说。
如果只减速的话，助推器会落在轨迹沿途。所以如果能在轨迹沿途设回收场是很省能量的办法。我查了一些资料，猎鹰9一级分离的高度是60千米左右，距离发射场距离也差不多60公里，速度6马赫。如果只减速的话，落点会在发射场100公里以外。懂弹道的高手可以大概算一算。
返回发射场很浪费燃料。返回发射场有两种方式：1.减速，再超相反方向加速，再两次减速；2.大直径转弯，类似半筋斗动作，再两次减速。
大直径转弯方法应该更省能量，高手可以算一下。
这是我画的示意图。
虚线部分表示滑行。两个叉表示两次减速。
spacex制作的f9r视频没有说明助推器怎么返回发射场。可能他们自己都没整明白，先搞定减速再说。
如果只减速的话，助推器会落在轨迹沿途。所以如果能在轨迹沿途设回收场是很省能量的办法。我查了一些资料，猎鹰9一级分离的高度是60千米左右，距离发射场距离也差不多60公里，速度6马赫。如果只减速的话，落点会在发射场100公里以外。懂弹道的高手可以大概算一算。
返回发射场很浪费燃料。返回发射场有两种方式：1.减速，再超相反方向加速，再两次减速；2.大直径转弯，类似半筋斗动作，再两次减速。
大直径转弯方法应该更省能量，高手可以算一下。
这是我画的示意图。
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虚线部分表示滑行。两个叉表示两次减速。
不需要回到发射地
…………我想说姿态控制真是个噩梦……
两次点火.
第1次是在分离后向著前方点火, 制停火箭向前及向上的活动, 甚至倒车大约以mach 1~2速度进入返回发射台的轨道. 这一部份就完了, 全程使用使用3台发动机.
第二次点火是在著陆前点火, 用处是控制著陆点及减速软著陆. 一台半台发动机就够了.
网上有网友贴上细致的simulation, 含轨道, 角度, 点火时间, 自己找.
两次点火.
第1次是在分离后向著前方点火, 制停火箭向前及向上的活动, 甚至倒车大约以mach 1~2速度进入返回发射台的轨道. 这一部份就完了, 全程使用使用3台发动机.
第二次点火是在著陆前点火, 用处是控制著陆点及减速软著陆. 一台半台发动机就够了.
网上有网友贴上细致的simulation, 含轨道, 角度, 点火时间, 自己找.
鬼眼老三 发表于 2014-5-19 03:06
两次点火.
第1次是在分离后向著前方点火, 制停火箭向前及向上的活动, 甚至倒车大约以mach 1~2速度进 ...
光减速就两次点火，这大家已经形成共识了。
鬼眼老三 发表于 2014-5-19 03:06
两次点火.
第1次是在分离后向著前方点火, 制停火箭向前及向上的活动, 甚至倒车大约以mach 1~2速度进 ...
光减速就两次点火，这大家已经形成共识了。
倒不如再把脑洞开大点：
加个翅膀，直接滑翔回去，滑翔转弯本身也消耗能量。
到目标区上空用降落伞进一步减速和调整姿态，再用反推火箭着陆。
加个翅膀，直接滑翔回去，滑翔转弯本身也消耗能量。
到目标区上空用降落伞进一步减速和调整姿态，再用反推火箭着陆。
费这牛劲作甚，还真不把返回燃料和控制系统的重量当回事了
。学SRB用固推往海里一扔完事
。学SRB用固推往海里一扔完事我觉得楼主的设想甚好，我估计SPACEX也是这么想的。
布朗运动的赶脚。。。
2014-5-19 12:35 上传
yzsz266 发表于 2014-5-19 10:22
费这牛劲作甚，还真不把返回燃料和控制系统的重量当回事了。学SRB用固推往海里一扔完事
对比一下......好像..... f9第一级净重19吨, srb坚固的铁壳重~80吨.
费这牛劲作甚，还真不把返回燃料和控制系统的重量当回事了。学SRB用固推往海里一扔完事
对比一下......好像..... f9第一级净重19吨, srb坚固的铁壳重~80吨.
yzsz266 发表于 2014-5-19 10:22
费这牛劲作甚，还真不把返回燃料和控制系统的重量当回事了。学SRB用固推往海里一扔完事
液体火箭那脆弱的外壳和发动机经不住这啪一下拍海里，之后还经历各种海浪的摧残。
费这牛劲作甚，还真不把返回燃料和控制系统的重量当回事了。学SRB用固推往海里一扔完事
液体火箭那脆弱的外壳和发动机经不住这啪一下拍海里，之后还经历各种海浪的摧残。
对比一下......好像..... f9第一级净重19吨, srb坚固的铁壳重~80吨.
航天飞机那货都是三四十年前的技术了，现在肯定能更轻啊。何况SRB的推力岂是九台默林可比的。
航天飞机那货都是三四十年前的技术了，现在肯定能更轻啊。何况SRB的推力岂是九台默林可比的。
液体火箭那脆弱的外壳和发动机经不住这啪一下拍海里，之后还经历各种海浪的摧残。
我的意思就是第一级直接用固体发动机……
我的意思就是第一级直接用固体发动机……
大直径转弯方法应该更省能量，高手可以算一下。
什么叫应该？想当然就应该？除非火箭带机翼之类的可以提供较大升力的装置，否则大直径转弯消耗的dV显然多得多，有大量dV浪费在路径的垂直方向上，这些dV对动能的贡献（无论是对减速还是加速来说）是0。
cmj9808 发表于 2014-5-19 12:36
原理是对的，一级的飞行剖面更陡峭，类似于下图，因此需要抵消的轨道切向速度和航路下投影要小得多。
记忆中好像不能让它往上跑， 不然再跌下来时到45km高左右就接近mach3, 若下跌速度太快要多一次点火减速。
cmj9808 发表于 2014-5-19 12:36
原理是对的，一级的飞行剖面更陡峭，类似于下图，因此需要抵消的轨道切向速度和航路下投影要小得多。
记忆中好像不能让它往上跑， 不然再跌下来时到45km高左右就接近mach3, 若下跌速度太快要多一次点火减速。
鬼眼老三 发表于 2014-5-21 14:09
记忆中好像不能让它往上跑， 不然再跌下来时到45km高左右就接近mach3, 若下跌速度太快要多一次点火减 ...
返回的时候必须要有一个向上的速度矢量以确保推进剂沉底，当然倾角没有图中画的那么大
记忆中好像不能让它往上跑， 不然再跌下来时到45km高左右就接近mach3, 若下跌速度太快要多一次点火减 ...
返回的时候必须要有一个向上的速度矢量以确保推进剂沉底，当然倾角没有图中画的那么大
我的意思就是第一级直接用固体发动机……
1. spacex没有固推技术。 现在第一二级都在用同一发动机， 比较省钱， 而且研发工作能比较专注。
2. 虽然固推开发费用应该比较低， 但充填推进剂是高技术活， 不是加油站工人就能搞， 而且很花时间。再用不难但回报不太吸引。
1. spacex没有固推技术。 现在第一二级都在用同一发动机， 比较省钱， 而且研发工作能比较专注。
2. 虽然固推开发费用应该比较低， 但充填推进剂是高技术活， 不是加油站工人就能搞， 而且很花时间。再用不难但回报不太吸引。
返回的时候必须要有一个向上的速度矢量以确保推进剂沉底，当然倾角没有图中画的那么大
正加速那边才是"底".
正加速那边才是"底".
看看俄国人2009年的设计：
http://www.makeyev.ru/rocspace/rossiyanka/
看看俄国人2009年的设计：
http://www.makeyev.ru/rocspace/rossiyanka/
chmeng.jpg (30.41 KB, 下载次数: 1)
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鬼眼老三 发表于 2014-5-21 14:09
记忆中好像不能让它往上跑， 不然再跌下来时到45km高左右就接近mach3, 若下跌速度太快要多一次点火减 ...
印象里F9R是三次点火。第一次是点火拐弯飞回，第二次是高空点火减速，第三次点火直到降落。
记忆中好像不能让它往上跑， 不然再跌下来时到45km高左右就接近mach3, 若下跌速度太快要多一次点火减 ...
印象里F9R是三次点火。第一次是点火拐弯飞回，第二次是高空点火减速，第三次点火直到降落。
{:soso_e147:}设计成可返回式的好处是啥？
钢材铝材这种便宜货，又能值几个钱，更何况还有伟大的航天飞机给我们已经演示过一次回收利用派如何死绝的。
钢材铝材这种便宜货，又能值几个钱，更何况还有伟大的航天飞机给我们已经演示过一次回收利用派如何死绝的。
cmj9808 发表于 2014-5-19 12:36
原理是对的，一级的飞行剖面更陡峭，类似于下图，因此需要抵消的轨道切向速度和航路下投影要小得多。
原理其实是同样速度增量的消耗条件下，这样的抛物线可以飞出更大的水平距离。但并不是追求什么大直径转弯路线，实际上如果推力没有上限的话，最好的方式就是瞬间完成这次拐弯进入一个斜上抛的轨道，落点则在发射场附近。这样的瞬间完成（或者说尽可能快地完成）后的轨迹恰恰是一个急转弯而不是大直径转弯。
原理是对的，一级的飞行剖面更陡峭，类似于下图，因此需要抵消的轨道切向速度和航路下投影要小得多。
原理其实是同样速度增量的消耗条件下，这样的抛物线可以飞出更大的水平距离。但并不是追求什么大直径转弯路线，实际上如果推力没有上限的话，最好的方式就是瞬间完成这次拐弯进入一个斜上抛的轨道，落点则在发射场附近。这样的瞬间完成（或者说尽可能快地完成）后的轨迹恰恰是一个急转弯而不是大直径转弯。
cmj9808 发表于 2014-5-21 14:31
返回的时候必须要有一个向上的速度矢量以确保推进剂沉底，当然倾角没有图中画的那么大
推进剂沉底从来看的是加速度矢量，只是在大气层内空气阻力减速的方向和速度矢量相反，所以只要把火箭指向速度的反方向，空气阻力自然会提供沉底所需的加速度。当然滚转带来离心效应那是另外一码事。
所以不存在什么“必须要有一个向上的速度矢量以确保推进剂沉底”这种说法。。。大气层内无动力滑行状态下要沉底，就用RCS等手段确保火箭指向反速度方向就可以了。
返回的时候必须要有一个向上的速度矢量以确保推进剂沉底，当然倾角没有图中画的那么大
推进剂沉底从来看的是加速度矢量，只是在大气层内空气阻力减速的方向和速度矢量相反，所以只要把火箭指向速度的反方向，空气阻力自然会提供沉底所需的加速度。当然滚转带来离心效应那是另外一码事。
所以不存在什么“必须要有一个向上的速度矢量以确保推进剂沉底”这种说法。。。大气层内无动力滑行状态下要沉底，就用RCS等手段确保火箭指向反速度方向就可以了。
红色俱乐部 发表于 2014-5-21 17:55
设计成可返回式的好处是啥？
钢材铝材这种便宜货，又能值几个钱，更何况还有伟大的航天飞机 ...
不同设计可能有差异，SpaceX宣称F9一级成本约占总成本的2/3。按报价6000万刀来计算，一级成本约4000万刀。Merlin1D单台报价100万，9台合计不足1000万。那么一级箭体部分的价值至少有3000万刀，约占整个火箭价值一半。就算飞回来发动机全部废弃不用，只保留个壳子，也是有价值的。
设计成可返回式的好处是啥？
钢材铝材这种便宜货，又能值几个钱，更何况还有伟大的航天飞机 ...
不同设计可能有差异，SpaceX宣称F9一级成本约占总成本的2/3。按报价6000万刀来计算，一级成本约4000万刀。Merlin1D单台报价100万，9台合计不足1000万。那么一级箭体部分的价值至少有3000万刀，约占整个火箭价值一半。就算飞回来发动机全部废弃不用，只保留个壳子，也是有价值的。
论坛游侠 发表于 2014-5-22 08:15
不同设计可能有差异，SpaceX宣称F9一级成本约占总成本的2/3。按报价6000万刀来计算，一级成本约4000万刀 ...
没有那么贵，，，更何况现在真正贵的是卫星而不是火箭，只要保证卫星的成功率。其他都是毛毛雨
不同设计可能有差异，SpaceX宣称F9一级成本约占总成本的2/3。按报价6000万刀来计算，一级成本约4000万刀 ...
没有那么贵，，，更何况现在真正贵的是卫星而不是火箭，只要保证卫星的成功率。其他都是毛毛雨
红色俱乐部 发表于 2014-5-22 08:27
没有那么贵，，，更何况现在真正贵的是卫星而不是火箭，只要保证卫星的成功率。其他都是毛毛雨
这是按照SpaceX的数据推算的，不会有太大偏差。
与传统火箭不同，F9R的储箱采用2195铝锂合金、光壳semi-ballontank储箱结构设计，本身是比较贵的。Merlin1D是燃气发生器循环发动机，又是大批量，价格没有箭体高不是什么令人意外的事情。
之前讨论的是一级飞回发射场复用对于火箭发射成本的影响，不是整星整箭配套价格，混为一谈无助于解释SpaceX这么搞的合理性。何况发射成本降低一半，也不是天方夜谭。
红色俱乐部 发表于 2014-5-22 08:27
没有那么贵，，，更何况现在真正贵的是卫星而不是火箭，只要保证卫星的成功率。其他都是毛毛雨
这是按照SpaceX的数据推算的，不会有太大偏差。
与传统火箭不同，F9R的储箱采用2195铝锂合金、光壳semi-ballontank储箱结构设计，本身是比较贵的。Merlin1D是燃气发生器循环发动机，又是大批量，价格没有箭体高不是什么令人意外的事情。
之前讨论的是一级飞回发射场复用对于火箭发射成本的影响，不是整星整箭配套价格，混为一谈无助于解释SpaceX这么搞的合理性。何况发射成本降低一半，也不是天方夜谭。
论坛游侠 发表于 2014-5-21 16:28
印象里F9R是三次点火。第一次是点火拐弯飞回，第二次是高空点火减速，第三次点火直到降落。
在我的simulation中, 三次点火方案是不够推进剂的. :p
印象里F9R是三次点火。第一次是点火拐弯飞回，第二次是高空点火减速，第三次点火直到降落。
在我的simulation中, 三次点火方案是不够推进剂的. :p
论坛游侠 发表于 2014-5-22 08:15
不同设计可能有差异，SpaceX宣称F9一级成本约占总成本的2/3。按报价6000万刀来计算，一级成本约4000万刀 ...
不是说回来就能复用的。
不同设计可能有差异，SpaceX宣称F9一级成本约占总成本的2/3。按报价6000万刀来计算，一级成本约4000万刀 ...
不是说回来就能复用的。
emellzzq 发表于 2014-5-22 14:57
不是说回来就能复用的。
那是肯定，这种设计初期一年能复用2次就不错了。
不过按照F9的成本比例，哪怕每次发动机全换、一级壳子只复用2、3次，还是能略微降低点成本的。最后一发还可以卸了腿当一次性火箭使用，火力全开。
不是说回来就能复用的。
那是肯定，这种设计初期一年能复用2次就不错了。
不过按照F9的成本比例，哪怕每次发动机全换、一级壳子只复用2、3次，还是能略微降低点成本的。最后一发还可以卸了腿当一次性火箭使用，火力全开。
论坛游侠 发表于 2014-5-22 15:47
那是肯定，这种设计初期一年能复用2次就不错了。
不过按照F9的成本比例，哪怕每次发动机全换、一级壳子 ...
看吧，当年航天飞机想的比这还好，结果成本确更高。如果猎鹰真能一切如他们所想，确实是可行的，就怕（站在我们的立场上是不是该希望？）他们计算错误。
那是肯定，这种设计初期一年能复用2次就不错了。
不过按照F9的成本比例，哪怕每次发动机全换、一级壳子 ...
看吧，当年航天飞机想的比这还好，结果成本确更高。如果猎鹰真能一切如他们所想，确实是可行的，就怕（站在我们的立场上是不是该希望？）他们计算错误。
emellzzq 发表于 2014-5-22 16:34
看吧，当年航天飞机想的比这还好，结果成本确更高。如果猎鹰真能一切如他们所想，确实是可行的，就怕（站 ...
没什么可怕的？计算失误就接着一次性使用呗，反正现在也是赚钱。搞成了锦上添花，搞不成就当大伙玩玩搞宣传赚眼球了。做试验的火箭，客户已经付过款，Musk还是很滑头的。
他打伞不成改弹跳，将来说不定弹跳不成换滑翔，就是再换回伞降回收发动机也未可定，反正他这人想出一出是一出，变来变去不奇怪。
看吧，当年航天飞机想的比这还好，结果成本确更高。如果猎鹰真能一切如他们所想，确实是可行的，就怕（站 ...
没什么可怕的？计算失误就接着一次性使用呗，反正现在也是赚钱。搞成了锦上添花，搞不成就当大伙玩玩搞宣传赚眼球了。做试验的火箭，客户已经付过款，Musk还是很滑头的。
他打伞不成改弹跳，将来说不定弹跳不成换滑翔，就是再换回伞降回收发动机也未可定，反正他这人想出一出是一出，变来变去不奇怪。
emellzzq 发表于 2014-5-22 16:34
看吧，当年航天飞机想的比这还好，结果成本确更高。如果猎鹰真能一切如他们所想，确实是可行的，就怕（站 ...
航天飞机项目其实也没有忽悠人么，要达到低于EELV的使用成本，前提是高密度复用。对于这种单价数十亿美元的怪兽，只能靠大量的任务次数去平摊。机体本身有日历寿命，就意味着必须有极高的发射密度，实际又才发射多少次大家都很清楚。
垂直降落复用的设想年头很久，前面也有一堆验证项目。但要说SpaceX有什么创新，那就是“增肥控制适度、总体结构简单”。从硬件上看，一次性火箭F9v1.1和复用火箭F9R的差异只是4条腿，其他部分是通用的，这使得低发射密度、低复用率情况下降低成本成为可能。这才是跟之前已有的复用设计本质上的差别。
站在我们的立场上：寄希望于别人失败、停步不前，然后我们趁机迎头赶上的概率也不高嘛~
作为后进国家，从来都是跟在后面看前头探路的人摔跟头，然后沿着成功道路走捷径嘛，这才是王道。
看吧，当年航天飞机想的比这还好，结果成本确更高。如果猎鹰真能一切如他们所想，确实是可行的，就怕（站 ...
航天飞机项目其实也没有忽悠人么，要达到低于EELV的使用成本，前提是高密度复用。对于这种单价数十亿美元的怪兽，只能靠大量的任务次数去平摊。机体本身有日历寿命，就意味着必须有极高的发射密度，实际又才发射多少次大家都很清楚。
垂直降落复用的设想年头很久，前面也有一堆验证项目。但要说SpaceX有什么创新，那就是“增肥控制适度、总体结构简单”。从硬件上看，一次性火箭F9v1.1和复用火箭F9R的差异只是4条腿，其他部分是通用的，这使得低发射密度、低复用率情况下降低成本成为可能。这才是跟之前已有的复用设计本质上的差别。
站在我们的立场上：寄希望于别人失败、停步不前，然后我们趁机迎头赶上的概率也不高嘛~
作为后进国家，从来都是跟在后面看前头探路的人摔跟头，然后沿着成功道路走捷径嘛，这才是王道。spacex的解决方案似乎是，芯级分离前一直垂直爬升，没有程序转弯动作。
这次发射og2 卫星，已经够条件测试在陆地上回收一级了。
spacex的解决方案似乎是，芯级分离前一直垂直爬升，没有程序转弯动作。
这次发射og2 卫星，已经够条件测试在陆地上回收一级了。
spx成功后立马跟进才是中国的做法。
安个滑翔伞不就好了？
spacex的解决方案似乎是，芯级分离前一直垂直爬升，没有程序转弯动作。
这次发射og2 卫星，已经够条件测试 ...
一级分离后再转弯不浪费速度增量？
这次发射og2 卫星，已经够条件测试 ...
一级分离后再转弯不浪费速度增量？
acoustics 发表于 2014-7-16 20:03
一级分离后再转弯不浪费速度增量？
貌似涉及轨道动力学，我了解不多。
acoustics 发表于 2014-7-16 20:03
一级分离后再转弯不浪费速度增量？
貌似涉及轨道动力学，我了解不多。
这个你可以多找几个理工科生讨论一下，这不是多高深的问题。
开偏航机动或多或少要浪费速度增量的，或许可以承受而已。
开偏航机动或多或少要浪费速度增量的，或许可以承受而已。