降落伞回收第一级未必不可行,需要一些新思路

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/02 02:26:07
一说降落伞回收运载火箭第一级,大多数人想到的是降落伞乱飘让火箭无法回收,但其实应该换个思路去思考,干嘛一定要完全依靠降落伞呢?能不能增加一些控制手段来回收呢?
个人认为可以增加一些手段来回收,正如SPACEX是用箭体上部的姿态控制发动机来控制火箭姿态,其实在降落伞降落过程中,也可以利用这个横向推力的火箭来控制落点。另外,为了降低侧风的影响,可以让降落伞不要太大,这样降落伞受侧风影响程度降低,火箭降落速度快一些,侧风影响就会小一些。在最后降落时也不能靠降落伞,因为那样降落伞就必须足够大从而容易受侧风影响,所以最后降落可以采用火箭减速并着陆,这个时候火箭速度大大降低,不需要太多燃料来做减速。

总结一下,我的想法是:火箭减速通过降落伞减速,减速后的速度不要太低,而是选择一个受侧风影响较小的速度(速度快受侧风吹的时间短,速度快时降落伞迎风面积会小一些),在偏离着陆场远的话可以在火箭合适位置设置侧向推力来实现横向机动。落地前抛掉降落伞,然后用火箭减速,像猎鹰9那样用主火箭减速着陆。

整个降落过程中主要用降落伞减速,这比猎鹰9用火箭减速的重量要小,最后着陆采用和猎鹰同样的方法,可以确保着陆安全。一说降落伞回收运载火箭第一级,大多数人想到的是降落伞乱飘让火箭无法回收,但其实应该换个思路去思考,干嘛一定要完全依靠降落伞呢?能不能增加一些控制手段来回收呢?
个人认为可以增加一些手段来回收,正如SPACEX是用箭体上部的姿态控制发动机来控制火箭姿态,其实在降落伞降落过程中,也可以利用这个横向推力的火箭来控制落点。另外,为了降低侧风的影响,可以让降落伞不要太大,这样降落伞受侧风影响程度降低,火箭降落速度快一些,侧风影响就会小一些。在最后降落时也不能靠降落伞,因为那样降落伞就必须足够大从而容易受侧风影响,所以最后降落可以采用火箭减速并着陆,这个时候火箭速度大大降低,不需要太多燃料来做减速。

总结一下,我的想法是:火箭减速通过降落伞减速,减速后的速度不要太低,而是选择一个受侧风影响较小的速度(速度快受侧风吹的时间短,速度快时降落伞迎风面积会小一些),在偏离着陆场远的话可以在火箭合适位置设置侧向推力来实现横向机动。落地前抛掉降落伞,然后用火箭减速,像猎鹰9那样用主火箭减速着陆。

整个降落过程中主要用降落伞减速,这比猎鹰9用火箭减速的重量要小,最后着陆采用和猎鹰同样的方法,可以确保着陆安全。


http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &extra=page%3D1 @hase_back的贴,中国早就有研发了

非要敌人进步了。眼馋了,大家才会关心

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http://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=2127580&extra=page%3D1 @hase_back的贴,中国早就有研 ...
我几个月前就看过你给的链接贴。
那个回收方法完全依靠降落伞,可控性不够。
我的想法是降落伞减速与猎鹰9着陆技术的结合,中间增加了控制落点手段,是通过综合措施达到回收的目的,同时付出的重量代价希望尽量小。

按照楼主这个思路, 火箭第一级脱离后,先得自己调整姿态,反推减速(那么高的速度不能用降落伞)
进入稠密大气层并且速度降低到一定程度后打开伞,然后呢,还得靠火箭本身的侧推火箭来控制落点
然后,还是需要火箭自己减速着陆。

整个过程,就复杂度来说要超过spaceX的方式, 比如挂在降落伞下还得靠火箭自己不断点火来和降落伞的风力较劲来找落点,这个控制的复杂度真的是不一般的高。
而效益仅仅是中间有降落伞那一个阶段的燃料。 问题是这部分被节省的重量还必然被降落伞及其释放机构的重量所抵消,到底是正是负都不好说。
按照楼主这个思路, 火箭第一级脱离后,先得自己调整姿态,反推减速(那么高的速度不能用降落伞)
进入 ...
其实我最早想的是空中不调头,在头部有防护罩(可转动),高空用减速板气动减速。
落地前用装在头部发动机着陆(防热罩转动可露出发动机),相当于猎鹰的1台发动机重量(也可以是几台小推力发动机),要比燃料轻不少,同时还能节省主发动机工作寿命。当然着陆架要靠上装。

这个方法更多依靠气动力来减速。实际上大量燃料其实是耗费在减速上,利用气动减速(减速板和降落伞)节省的燃料还是很可观的。
相对于现在spacex搞的垂直回收,降落伞这个路线的坑更多更深,而且有很多都不是技术问题的制约,是物理规律的制约,所以可行性方面基本上是不太行的,楼主你这种相当于是混合路线了,集齐了两种路线的缺点,却未必有这两种路线的优点……

降落伞的几个缺点:箭体受力对箭体结构的影响问题,降落伞的死重问题,不可控着陆问题,哪一个都是个巨大无比的坑,这还不包括伞本身的问题,这种伞做不做得出来,可不可靠首先还是个问题……
相对于现在spacex搞的垂直回收,降落伞这个路线的坑更多更深,而且有很多都不是技术问题的制约,是物理规律 ...
箭体受力有啥问题,可否明说一下?
降落伞的死重能有多大,和几十甚至上百吨的燃料相比还算不算重?
箭体受力有啥问题,可否明说一下?
降落伞的死重能有多大,和几十甚至上百吨的燃料相比还算不算重?
因为你开伞可能会把60米的箭体扯成61米  甚至两个30米
因为你开伞可能会把60米的箭体扯成61米  甚至两个30米
没听说过会这样。
如果是你说的那样,火箭发动机以点火,那推力可比降落伞大多了,是几百吨甚至上千吨,火箭是不是就被压短几米?

实际上降落伞开伞有引导伞,开伞也是一个过程,而不是突然载荷。本论坛有论文,对开伞受力有计算。
TSQ 发表于 2016-4-9 23:44
没听说过会这样。
如果是你说的那样,火箭发动机以点火,那推力可比降落伞大多了,是几百吨甚至上千吨, ...
火箭的受力设计本来就是以发动机为推力源设计的,现在你要开伞,等于是又要设计另一个受力点,更加复杂,复杂意味着结构加重

TSQ 发表于 2016-4-9 23:03
其实我最早想的是空中不调头,在头部有防护罩(可转动),高空用减速板气动减速。
落地前用装在头部发动 ...


falcon 9 返回时也需要动力减速的,就是底部硬抗。一级分离是一般在40-60千米高空,空气已经很稀薄,通过动力调头比较容易,不必用头部做动力减速的热垫。
下面是falcon 9第一次返回成功的截图,可以看出falcon 9返回要两次点火,调头后一次,接近地面一次,中间的滑行就是动力减速段。
TSQ 发表于 2016-4-9 23:03
其实我最早想的是空中不调头,在头部有防护罩(可转动),高空用减速板气动减速。
落地前用装在头部发动 ...


falcon 9 返回时也需要动力减速的,就是底部硬抗。一级分离是一般在40-60千米高空,空气已经很稀薄,通过动力调头比较容易,不必用头部做动力减速的热垫。
下面是falcon 9第一次返回成功的截图,可以看出falcon 9返回要两次点火,调头后一次,接近地面一次,中间的滑行就是动力减速段。
对于这么大的箭体,降落伞的设计本身就是个巨大的难题,降落伞本身不一定比发动机更便宜,如果要早开伞,伞就必须是超音速伞,更头疼,当然也可以低空开伞,高空用发动机减速,那其实就跟spacex区别不大,只是带了更多的死重……而且伞自身就是个复杂的系统,还有,降落伞你敢复用吗?可靠性怎么保证?总不能打一次换一个伞吧,那个伞可是很贵的,但是伞失效的事情可是常有的……

其实再怎么不情愿,伞回收这条路也是一样要用发动机减速的,从头到尾用伞是不太可能的,所以伞回收本来就是个混合路线,实现的难度太大了,工程上,难度跟成本成正比,和可靠性成反比,至于纯伞就是个伪命题,完全没有讨论价值
再说一下我的看法
spacex搞得火箭回收并不是真的为了给商业发射降低成本
因为降低火箭产量边际成本就无法下降
火箭回收的主要目的还是为了给火星登陆做技术储备
falcon 9 返回时也需要动力减速的,就是底部硬抗。一级分离是一般在40-60千米高空,空气已经很稀薄,通 ...
我知道猎鹰9也用了部分空气动力减速,但猎鹰最后用火箭减速的动量(或者能量)仍然很大,因为就空气阻力而言能够让几十吨甚至上百吨的细长箭体减速的程度也是有限的,换句话说在最终火箭点火前火箭初速仍然很大,需要的燃料仍然很多。

另外航天飞机的助推器就是纯降落伞回收,没有反推过程。当然航天飞机助推器是固体火箭,采用海上落水回收。我这里相当于把航天飞机海上落水回收的最后阶段改了一下,改成陆地软着陆。
对于这么大的箭体,降落伞的设计本身就是个巨大的难题,降落伞本身不一定比发动机更便宜,如果要早开伞,伞 ...
伞就是布,当然不会比发动机贵。
超音速可以用降落伞去减速,但我设想中并不用降落伞在超音速减速,而是用减速板来减速,减速板有点像猎鹰的格栅翼的作用,即能减速和控制方向。

其实我的这个方案的可行性需要真正的理论计算和做试验验证后说真正如何的。
死重根本不重要,目前没有一次回收是满载发射的
回收方式很多,工程上都有解决方案,这完全是个屁股方向问题

发射费用只是卫星费用的一小部分,航天成本瓶颈根本不是火箭,只要不学航天飞机每次都回收载人二级,不管什么方式对整体任务成本影响都不大

从整体角度来说,太空拖船+在轨维修或回收卫星,把价值10亿卫星的寿命延长5年,比在发射上省2千万意义大的多
死重根本不重要,目前没有一次回收是满载发射的
回收方式很多,工程上都有解决方案,这完全是个屁股方向问 ...
其实现在电子技术发展快,卫星变小了,便宜了,一些低成本小卫星有替代大卫星的趋势,也能跟上时代满足后来的发展要求。

有很多东西还在变化中,真的技术趋势和发展会如何,可能处在一个节点上。
TSQ 发表于 2016-4-10 07:19
其实现在电子技术发展快,卫星变小了,便宜了,一些低成本小卫星有替代大卫星的趋势,也能跟上时代满足后 ...
卫星小型化的趋势也意味着发射数量需求降低,这对火箭回收经济上是不利的

回收经济性需要大量重量高,价格低,寿命短的卫星,比如当年苏联卫星。
有足够发射数量,频率和足够高的发射/载荷价格比,回收的经济性才会变得突出

TSQ 发表于 2016-4-10 06:29
我知道猎鹰9也用了部分空气动力减速,但猎鹰最后用火箭减速的动量(或者能量)仍然很大,因为就空气阻力 ...


开伞会大幅复杂化受力情况
要么直接全部交给伞,只要一个最终落地速度
否则多一个又难计算又不可控的伞
完全是给飞控添乱

固体助推器能承受的G和开口易拉罐完全不是一个档次的,这个不到降落环节,回收中途开伞开机各环节就会体现


TSQ 发表于 2016-4-10 06:29
我知道猎鹰9也用了部分空气动力减速,但猎鹰最后用火箭减速的动量(或者能量)仍然很大,因为就空气阻力 ...


开伞会大幅复杂化受力情况
要么直接全部交给伞,只要一个最终落地速度
否则多一个又难计算又不可控的伞
完全是给飞控添乱

固体助推器能承受的G和开口易拉罐完全不是一个档次的,这个不到降落环节,回收中途开伞开机各环节就会体现

卫星小型化的趋势也意味着发射数量需求降低,这对火箭回收经济上是不利的

回收经济性需要大量重量高, ...
小型化,星座化,更新频率增加

所有这些都要求发射廉价化

oldwatch 发表于 2016-4-10 07:52
小型化,星座化,更新频率增加

所有这些都要求发射廉价化


OneWeb整个640颗200kg卫星的巨大星座,总共也就21发联盟的订单,之后更新也准备使用LauncherOne小卫星火箭

LauncherOne打200kg SSO报价1千万,Vega 1吨多SSO报价2千万,长6和快舟参考长3等估计比Vega便宜1千多万搞定(长6一级就一台YF-100),而F9一次性报价6千万,复用要能够把价格降低1/3到才能和Vega竞争

比如上次F9打的NASA那颗500公斤卫星,NASA花了6千万,要是美国有小火箭着卫星1千万多万就能搞定

对小卫星市场来说一次性小火箭比大火箭复用更划算


oldwatch 发表于 2016-4-10 07:52
小型化,星座化,更新频率增加

所有这些都要求发射廉价化


OneWeb整个640颗200kg卫星的巨大星座,总共也就21发联盟的订单,之后更新也准备使用LauncherOne小卫星火箭

LauncherOne打200kg SSO报价1千万,Vega 1吨多SSO报价2千万,长6和快舟参考长3等估计比Vega便宜1千多万搞定(长6一级就一台YF-100),而F9一次性报价6千万,复用要能够把价格降低1/3到才能和Vega竞争

比如上次F9打的NASA那颗500公斤卫星,NASA花了6千万,要是美国有小火箭着卫星1千万多万就能搞定

对小卫星市场来说一次性小火箭比大火箭复用更划算



火箭干质比很高的,第一级火箭返回的时候,重量估计只有发射时的1/10左右。就算不开降落伞,姿态也保持尾部朝前,速度也会因为大气的阻力而降低到音速以下,甚至M0.3以下。所以降落伞本身就是很多余的。

火箭干质比很高的,第一级火箭返回的时候,重量估计只有发射时的1/10左右。就算不开降落伞,姿态也保持尾部朝前,速度也会因为大气的阻力而降低到音速以下,甚至M0.3以下。所以降落伞本身就是很多余的。
火箭干质比很高的,第一级火箭返回的时候,重量估计只有发射时的1/10左右。就算不开降落伞,姿态也保持尾部 ...
正解,尤其是SpaceX的火箭
TSQ 发表于 2016-4-9 23:26
箭体受力有啥问题,可否明说一下?
降落伞的死重能有多大,和几十甚至上百吨的燃料相比还算不算重?
伞降可能会有传力路径的问题。一般火箭设计,结构只是纵向承受推力。降落伞不太可能布置在发动机舱,一般是级间段或箱间段,这样降落时就变成是纵向的拉力或者是横向的拉力。火箭结构设计时得考虑不同的工况,增大了结构质量和设计难度。
TSQ 发表于 2016-4-10 06:33
伞就是布,当然不会比发动机贵。
超音速可以用降落伞去减速,但我设想中并不用降落伞在超音速减速,而是 ...
减速板设计可以参考一下BO的设计,上面有一圈环状的伸缩机构。
iewgnem 发表于 2016-4-10 06:49
死重根本不重要,目前没有一次回收是满载发射的
回收方式很多,工程上都有解决方案,这完全是个屁股方向问 ...
对头,这是个关键。                     
伞降的话,干脆直接回收发动机得了
其实箭体回收也不是那么重要
windrarara 发表于 2016-4-9 23:21
相对于现在spacex搞的垂直回收,降落伞这个路线的坑更多更深,而且有很多都不是技术问题的制约,是物理规律 ...
降落伞回收发动机还是可行的,想要完整回收箭体感觉比SpX的方案还不靠谱

SpX那是完整回收成功率低,降落伞恐怕根本没有完整回收成功的可能

相比之下搞个折叠翼在跑道上滑行着陆恐怕还靠谱一些,折叠翼在高空也可以转动当做阻力减速板,到低空才转成机翼状态

这样的好处是可控性比降落伞、翼伞好得多,但死重会大一些

oldwatch 发表于 2016-4-10 07:52
小型化,星座化,更新频率增加

所有这些都要求发射廉价化
没那么大需求

你也说了,星座化、短期化的另一方面是小型化

这其实更适合CZ-6、快舟之类小型火箭,任务更灵活

现在还很难说一次性火箭白菜化和多次复用谁更能省钱
死重根本不重要,目前没有一次回收是满载发射的
回收方式很多,工程上都有解决方案,这完全是个屁股方向问 ...
火箭便宜了 卫星也会便宜。因为卫星用十年性能也落后了,未来通讯卫星是低轨道卫星的天下。低轨道通讯卫星在网络延迟上有静止卫星无法比拟的优势。
纸飞机 发表于 2016-4-10 11:26
伞降的话,干脆直接回收发动机得了
其实箭体回收也不是那么重要
除去发动机的箭体成本占总成本的比例是多少?
2016-4-10 11:56 上传

从不泡妞 发表于 2016-4-10 01:12
再说一下我的看法
spacex搞得火箭回收并不是真的为了给商业发射降低成本
因为降低火箭产量边际成本就无法 ...
不能同意

反推着陆是早就成熟的技术

SpX这个东西需要攻关的是细长条怎么在接近地面的横风下保持稳定

火星登陆没有这些需求
论坛游侠 发表于 2016-4-10 11:22
减速板设计可以参考一下BO的设计,上面有一圈环状的伸缩机构。
我非常希望Musk能引进这个设计。一方面是相当于个导流环,增加了稳定性。同时也增加了姿态控制力臂,以及减少气阻减速的终端速度。另外我更希望靠这个环增加一下2级的支撑直径。如果Musk换一个5米氢氧上面级,那他的GTO得增加多少?

iewgnem 发表于 2016-4-10 07:24
卫星小型化的趋势也意味着发射数量需求降低,这对火箭回收经济上是不利的

回收经济性需要大量重量高, ...


如果搞 太空工业化,恐怕还是需要廉价的的火箭
iewgnem 发表于 2016-4-10 07:24
卫星小型化的趋势也意味着发射数量需求降低,这对火箭回收经济上是不利的

回收经济性需要大量重量高, ...


如果搞 太空工业化,恐怕还是需要廉价的的火箭
不能同意

反推着陆是早就成熟的技术

火星着陆的主要难题是高速再入着陆精度控制
目前还没有听说谁家成熟了
纸飞机 发表于 2016-4-10 11:56
箭体的结构成本大概就30%啊,重量占60%以上,体积更是占了80-90%以上

回收发动机和控制、阀门等的舱段,只要成功率比整体回收高30%以上就更划算啊!

伞降的话,干脆直接回收发动机得了
其实箭体回收也不是那么重要
回收发动机一样会碰到如何着陆的问题,除非是直升机空中捕捉,然后直升机将发动机吊运到软垫上。

不过单纯回收发动机节省费用能有多少就不好说了,因为箭体和发动机之间得有分离结构,发动机和箭体什么时候分离,从高速如何减速到可以开伞,开伞姿态控制等也都需要新结构和研制这些都是成本。
有一个CDER想的,用空中钢丝倒挂模式恐怕可靠性更好一些。下降的速度也可以允许更高。
OwO 发表于 2016-4-10 12:06
如果搞 太空工业化,恐怕还是需要廉价的的火箭

廉价不一定等于复用,复用只是一定条件下做到廉价的方式
就F9过去几次任务来说,没有一次超过半载的,前次打的NASA那颗星才500公斤,NASA却花了6千万
同样一吨左右的小卫星,一级就一台YF100的长6或快舟1千多万就能搞定