新型可復用運載器，是運用在太空飛行器上的運載器，主要任務是將太空飛行器送到太空。
基本介紹
- 中文名：新型可復用運載器
- 主要任務：將太空飛行器送到太空。
- 研製國家：美國
- 性質：一種多用途太空飛行器
- 類別：航天
簡介,發展概況,
簡介
目前世界上唯一進入使用階段的可復用運載器就是美國太空梭。近10年來,美國在其綜合航天運輸計畫(ISTP)及航天運載計畫(SLI)的支持下,可復用運載器方案百出,研究活動蓬勃開展。但由於研究經費大大超出預計,美國在2002年10月的2003財年預算修正案中,將SLI無限期擱置。美國可復用運載器將重點發展“軌道太空梭”和“空間作戰飛行器”以及第三代可復用運載器技術。
波音公司提出的帶翼OSP構想圖
發展概況
軌道太空梭
“軌道太空梭”(OSP)。它將與現有的漸進一次性運載器(EELV)和未來的可復用運載器兼容,可乘坐4～6人。OSP將承擔國際空間站航天員救生和航天員運輸任務,從而替換俄羅斯的聯盟號飛船,並將太空梭從人員運輸中解放出來。據美國航宇局(NASA)稱,OSP將比聯盟號飛船具有更高的安全性和可靠性。
圖2波音公司的彈道密封艙OSP構想圖
NASA局長肖恩·奧基夫稱,OSP是建立在現有技術基礎之上的,因而風險較小,經濟可承受性較好。根據NASA的新計畫,OSP將在2010年用EELV發射後,首先作為乘員救生飛行器使用;到2012年再作為太空梭的補充往返於國際空間站運輸人員和少量物資。
NASA需在2003財年向OSP項目增加1.65億美元,以啟動該項目。該局計畫在以後5年的時間內花費48億美元來研製這種新型運載器。NASA宣布,OSP的任務清單將在2003年底最終敲定,2004年開始全面的系統開發工作,2005年進行選擇方案評估和OSP初步設計,預計2006年投產,2010年開始服役。為降低技術風險,NASA將採用X-37試驗機進行試驗,包括進場與著陸、先進防熱技術和有翼OSP用EELV發射期間經受的上升動力學等。
NASA局長肖恩·奧基夫稱,OSP是建立在現有技術基礎之上的,因而風險較小,經濟可承受性較好。根據NASA的新計畫,OSP將在2010年用EELV發射後,首先作為乘員救生飛行器使用;到2012年再作為太空梭的補充往返於國際空間站運輸人員和少量物資。
NASA需在2003財年向OSP項目增加1.65億美元,以啟動該項目。該局計畫在以後5年的時間內花費48億美元來研製這種新型運載器。NASA宣布,OSP的任務清單將在2003年底最終敲定,2004年開始全面的系統開發工作,2005年進行選擇方案評估和OSP初步設計,預計2006年投產,2010年開始服役。為降低技術風險,NASA將採用X-37試驗機進行試驗,包括進場與著陸、先進防熱技術和有翼OSP用EELV發射期間經受的上升動力學等。
圖三3SOV概念圖
目前NASA設有一個航天運輸備份計畫,包括確保進入空間和交會與對接技術等。它將被融入到OSP計畫中去。2003年2月,NASA發布了OSP的頂級要求。它是根據ISTP計畫所確定的NASA任務而制定的。這些要求為飛行器及相關係統的設計奠定了基礎。2003年9月23日,NASA宣布已完成系統需求評估,並為OSP制定了一套更加詳細的技術規範。OSP系統定義評估定於2003年11月進行。
目前NASA設有一個航天運輸備份計畫,包括確保進入空間和交會與對接技術等。它將被融入到OSP計畫中去。2003年2月,NASA發布了OSP的頂級要求。它是根據ISTP計畫所確定的NASA任務而制定的。這些要求為飛行器及相關係統的設計奠定了基礎。2003年9月23日,NASA宣布已完成系統需求評估,並為OSP制定了一套更加詳細的技術規範。OSP系統定義評估定於2003年11月進行。
歐空局於1994年2月制定了歐洲未來航天運輸研究計畫(FESTIP)。FESTIP研究的五大技術領域分別為結構、材料、推進、熱處理和氣動熱力學。歐空局希望藉此計畫在2015年前研製出能發射中小型衛星的可復用運載器,並將發射成本降低到目前成本的10%。後來歐洲又制定了FESTIP計畫的後續計畫——未來運載器技術計畫(FLTP)。FLTP將利用FESTIP在概念研究和未來運載器技術方面的成果,重點進行歐洲未來可復用運載器的概念研究和技術研究。
目前,OSP的方案選擇方向趨向於帶翼體和彈道密封艙。圖1和圖2為波音公司的構想圖。
目前,OSP的方案選擇方向趨向於帶翼體和彈道密封艙。圖1和圖2為波音公司的構想圖。
空間作戰飛行器
“空間作戰飛行器”(SOV)是一種能按需及時發射的可復用運載器,可將上面級送入近地軌道或僅使上面級達到亞軌道速度。它是“軍用太空梭”(MSP)系列中的主要飛行器,是一種可用於航天發射、操作、偵察和作戰的多功能作戰平台,不僅可進行天地往返運輸和維修衛星等空間系統,還可摧毀敵方空間系統、攔截彈道飛彈和對地進行精確打擊。作為具有應急發射能力的可復用運載器,其遠期目標是單級入軌,而近期目標是兩級入軌。它的上面級可以是能重複使用的空間機動飛行器(SMV),或是一次性使用的通用航天航空飛行器(CAV)、模組插入級(MIS)和軌道轉移飛行器(OTV)。如它可以直接發射CAV,形成遠程對地攻擊能力。與遠程彈道式飛彈相比,由於它能返回並重複使用,從而可節省費用。它也可以發射雷射武器、遙感系統和衛星等有效載荷。此外,它將上面級送入軌道後,還具有滯留軌道待命和軌道機動能力。SOV完成發射和在軌任務後,可再入大氣層在機場跑道上著陸,並在短時間內重新發射入軌。它集成了航空飛行器和太空飛行器,尤其是可復用航天運載器等方面的設計思想,是航空與航天技術緊密結合的產物。這種飛行器能在飛機和衛星的飛行高度之間完成多種作戰任務,可與飛機和衛星等構成完整的空天立體攻防體系。
SOV機身長通常在10米左右,總重量約10噸,有效載荷一般不小於500公斤。機體結構主要採用輕質複合材料。主要系統包括防熱系統、推進與軌道機動系統、制導/導航/飛行控制/任務管理系統、機載綜合電子系統和能源系統等。圖3是SOV的概念圖。
預計SOV可能在2008年啟動研發,2014年前後進行試驗樣機研製。目前,SOV正在進行作戰任務確定和發展路徑規劃研究,空軍還在進行關鍵技術研究。NASA第二代可復用運載器研究計畫及X-43等高超聲速飛行器計畫將支持SOV入軌技術的發展研究。同時,X-40AH和X-37等計畫也在支持SOV在軌控制、再入飛行和著陸等相關關鍵技術的演示驗證研究。 歐空局於1994年2月制定了歐洲未來航天運輸研究計畫(FESTIP)。FESTIP研究的五大技術領域分別為結構、材料、推進、熱處理和氣動熱力學。歐空局希望藉此計畫在2015年前研製出能發射中小型衛星的可復用運載器,並將發射成本降低到目前成本的10%。
SOV機身長通常在10米左右,總重量約10噸,有效載荷一般不小於500公斤。機體結構主要採用輕質複合材料。主要系統包括防熱系統、推進與軌道機動系統、制導/導航/飛行控制/任務管理系統、機載綜合電子系統和能源系統等。圖3是SOV的概念圖。
預計SOV可能在2008年啟動研發,2014年前後進行試驗樣機研製。目前,SOV正在進行作戰任務確定和發展路徑規劃研究,空軍還在進行關鍵技術研究。NASA第二代可復用運載器研究計畫及X-43等高超聲速飛行器計畫將支持SOV入軌技術的發展研究。同時,X-40AH和X-37等計畫也在支持SOV在軌控制、再入飛行和著陸等相關關鍵技術的演示驗證研究。 歐空局於1994年2月制定了歐洲未來航天運輸研究計畫(FESTIP)。FESTIP研究的五大技術領域分別為結構、材料、推進、熱處理和氣動熱力學。歐空局希望藉此計畫在2015年前研製出能發射中小型衛星的可復用運載器,並將發射成本降低到目前成本的10%。
後來歐洲又制定了FESTIP計畫的後續計畫——未來運載器技術計畫(FLTP)。FLTP將利用FESTIP在概念研究和未來運載器技術方面的成果,重點進行歐洲未來可復用運載器的概念研究和技術研究。2003年,歐空局要為FESTIP計畫制定一個準備計畫,即未來運載器預備計畫(FLPP)。FLPP將分兩步走,涵蓋2003～2010年。第一步(2003～2006年)為成熟化階段,焦點集中在關鍵技術的比較權衡和成熟化。其間將引入一個稱為“預先”X、專門用於再入試驗的第一代試驗飛行器(與德國國家計畫“阿斯特拉”和“不死鳥”1平行進行),並將進行需求分析和潛在解決方案分析。第二步(2006～2010年)為驗證階段,將發展X試驗飛行器,並進行飛行驗證。
在FESTIP計畫下提出了“跳躍者”方案(其驗證飛行器“不死鳥”1正在德國的“阿斯特拉”計畫下進行研製),而在FLPP計畫下提出了“預先”X試驗飛行器和X飛行器。(1)跳躍者
“跳躍者”是一種質量500噸、長50米的有翼飛行器,如圖4所示。它由一個4公里長的軌道引導,在一個帶推進的磁性橇車上水平發射升空,爾後按亞軌道軌跡飛行到130公里高度,進行高速級間分離,接著釋放出一次性使用上面級,將有效載荷推到最終軌道,最後返回發射場自動著陸。“跳躍者”每年發射10～20次,90%發至靜地轉移軌道,靜地轉移軌道運載能力為75噸。
歐洲目前正在利用“跳躍者”的縮比模型“不死鳥”1來驗證有翼可復用運載器的自動著陸能力。
在FESTIP計畫下提出了“跳躍者”方案(其驗證飛行器“不死鳥”1正在德國的“阿斯特拉”計畫下進行研製),而在FLPP計畫下提出了“預先”X試驗飛行器和X飛行器。(1)跳躍者
“跳躍者”是一種質量500噸、長50米的有翼飛行器,如圖4所示。它由一個4公里長的軌道引導,在一個帶推進的磁性橇車上水平發射升空,爾後按亞軌道軌跡飛行到130公里高度,進行高速級間分離,接著釋放出一次性使用上面級,將有效載荷推到最終軌道,最後返回發射場自動著陸。“跳躍者”每年發射10～20次,90%發至靜地轉移軌道,靜地轉移軌道運載能力為75噸。
歐洲目前正在利用“跳躍者”的縮比模型“不死鳥”1來驗證有翼可復用運載器的自動著陸能力。
X飛行器和“預先”X
可重複使用的X飛行器是歐洲研製試驗飛行器的第二步,其目的是驗證高超聲速火箭推進飛行器的可重複使用性、維護性和地面操作。“預先”X是第一代試驗飛行器,旨在快速獲得飛行試驗結果,以證實和校驗尚未在典型環境中進行試驗的工具、設備、設計和技術解決方案,並保證下一代試驗飛行器的安全。“預先”X方案是由歐洲航空防務航天公司(EADS)提出的,外形如圖5。第二代X飛行器分為兩類。第一類可能是一個能涵蓋著陸前的整個飛行剖面、並能再飛一次的再入有翼飛行器。第二類可能是一個將飛行至馬赫6～8、並可重複使用幾次的自推進有翼飛行器。
“預先”X方案的基本型是在再入期間能進行自動控制的升力飛行器。它將由俄羅斯運載火箭(呼嘯號或第聶伯號)發射後傘降回收。現行的“預先”X定義是:質量約1500公斤,長4米,寬2米,再入期間飛行器由反作用控制系統和氣動控制面控制。初步系統評審於2001年成功進行。
