可重复使用运载火箭回收着陆装置研究进展

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作者 牛枞 王宸 +2 位作者 陈金宝 洪炎 马嘉 《宇航学报》 北大核心 2025年第5期825-837,共13页

对运载火箭进行回收并重复使用,可大幅降低运载火箭的发射成本、避免助推器与芯级坠落危及内陆落区的人员与财产安全。回收着陆装置是可重复使用运载火箭回收任务中的最后一步、决定任务成败的核心装置,面临回收质量大、造成火箭运力损... 对运载火箭进行回收并重复使用,可大幅降低运载火箭的发射成本、避免助推器与芯级坠落危及内陆落区的人员与财产安全。回收着陆装置是可重复使用运载火箭回收任务中的最后一步、决定任务成败的核心装置,面临回收质量大、造成火箭运力损失小、缓冲降载能力强等多种工程与技术约束。梳理总结了现有可重复使用运载火箭回收装置的相关技术,重点介绍了伞式回收、腿式着陆机构回收和地表平台设备回收3种回收着陆装置。从3种回收着陆装置的核心思想、原理样机试验与工程应用情况等方面进行了深入探讨,并对其优缺点和适用情况进行了总结分析。最后,结合可重复使用运载火箭回收着陆装置的研究需求,对可重复使用运载火箭回收着陆装置存在的问题,以及发展趋势进行了总结与展望。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 着陆装置 航天器机构设计 动力学分析

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可重复使用运载火箭全寿命周期费用分析 被引量：12

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作者 庄方方 汪小卫 吴胜宝 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2016年第6期82-85,共4页

对可重复使用运载火箭全寿命周期费用的组成进行了分析,建立了可重复使用运载火箭全寿命周期费用模型。基于此分析模型,分析了完全可重复使用运载火箭和一子级可重复使用运载火箭单枚单次发射平均全寿命周期费用随运载火箭发射次数的变... 对可重复使用运载火箭全寿命周期费用的组成进行了分析,建立了可重复使用运载火箭全寿命周期费用模型。基于此分析模型,分析了完全可重复使用运载火箭和一子级可重复使用运载火箭单枚单次发射平均全寿命周期费用随运载火箭发射次数的变化关系。结果表明,随运载火箭枚数与发射次数的增加,可重复使用运载火箭单枚单次发射平均全寿命周期费用显著降低,且当发射次数达到某一定值时,运载火箭单枚单次发射平均全寿命周期费用要低于运载火箭的制造费用;在可重复使用运载火箭全寿命周期费用中,降低操作费用在降低全寿命周期费用中不可忽视。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 全寿命周期 费用分析

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可重复使用运载火箭一子级垂直回收有限时间滑模控制 被引量：7

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作者 李晓栋 廖宇新 +1 位作者 廖俊 罗世彬 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期979-988,共10页

针对可重复使用运载火箭一子级在垂直回收过程无动力减速段的姿态控制问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器和改进超螺旋算法的积分终端滑模控制方法。首先,基于火箭一子级绕质心运动模型,将含有模型不确定和外部扰动的姿态跟踪控... 针对可重复使用运载火箭一子级在垂直回收过程无动力减速段的姿态控制问题,提出一种基于有限时间扩张状态观测器和改进超螺旋算法的积分终端滑模控制方法。首先,基于火箭一子级绕质心运动模型,将含有模型不确定和外部扰动的姿态跟踪控制问题转化为含总扰动的二阶系统有限时间控制问题;其次,采用有限时间扩张状态观测器对系统不可测量状态量和总扰动进行估计,进一步将状态量估计值引入积分终端滑模面,基于总扰动估计值和改进超螺旋算法设计改进超螺旋积分终端滑模控制器;最后,利用Lyapunov理论证明闭环系统有限时间稳定。研究结果表明:该控制方法能够实现可重复使用运载火箭一子级姿态的准确快速跟踪并具有良好的鲁棒性。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 有限时间扩张状态观测器(FTESO) 积分终端滑模控制 改进超螺旋算法 有限时间收敛

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可重复使用运载火箭着陆支腿总体布局与关键参数优化 被引量：4

4

作者 汪融 翟海涛 +2 位作者 王梓尧 王铭刚 徐国伟 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1010-1018,共9页

通过对着陆支腿数量和构型进行对比仿真分析,提出了可重复使用运载火箭着陆支腿的总体布局方案,同时建立了着陆支腿参数化仿真模型,将着陆支腿的关键几何参数作为决策变量,基于多体动力学仿真软件开展着陆稳定性仿真分析,以提高着陆稳... 通过对着陆支腿数量和构型进行对比仿真分析,提出了可重复使用运载火箭着陆支腿的总体布局方案,同时建立了着陆支腿参数化仿真模型,将着陆支腿的关键几何参数作为决策变量,基于多体动力学仿真软件开展着陆稳定性仿真分析,以提高着陆稳定性、降低运载火箭返回级受到的着陆过载系数及支腿轻量化为优化目标,对着陆支腿关键几何参数进行优化和确定。仿真结果表明,优化结果能够满足工程使用需要,可以为可重复使用运载火箭着陆支腿总体方案设计提供参考。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 着陆支腿 着陆稳定性

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国外运载火箭可重复使用关键技术综述 被引量：44

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作者 冯韶伟 马忠辉 +2 位作者 吴义田 栾宇 王月 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2014年第5期82-86,共5页

运载器的可重复使用是未来航天运输系统的主要发展方向,具有重要的应用价值。可重复使用运载火箭能够有效降低发射成本,但也会遇到许多技术难题。针对Falcon 9火箭的研制情况,分析国外多级入轨可重复使用火箭发展历程,分析研究实现可重... 运载器的可重复使用是未来航天运输系统的主要发展方向,具有重要的应用价值。可重复使用运载火箭能够有效降低发射成本,但也会遇到许多技术难题。针对Falcon 9火箭的研制情况,分析国外多级入轨可重复使用火箭发展历程,分析研究实现可重复使用运载火箭所需要解决的关键技术难题,为新型航天运输系统的发展提供参考。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 着陆器 防热结构 可重复使用发动机 运载能力

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一种运载火箭第一子级回收方案设计方法

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作者 郭祖华 郭皓 董长虹 《导弹与航天运载技术（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第4期8-13,24,共7页

针对可回收火箭的总体设计,提出了一种用于运载火箭第一子级回收方案的设计方法。首先,建立火箭子级运动模型,为便于确定回收推力大小和调节范围,在模型中引入了推力比例因子和推力调节因子。然后,探讨回收推力和推进剂剩余量的对应关系... 针对可回收火箭的总体设计,提出了一种用于运载火箭第一子级回收方案的设计方法。首先,建立火箭子级运动模型,为便于确定回收推力大小和调节范围,在模型中引入了推力比例因子和推力调节因子。然后,探讨回收推力和推进剂剩余量的对应关系,并通过飞行时间给出剩余推进剂的约束条件。最后,从设计的角度确定回收基本过程,并通过仿真算例制定火箭子级的回收方案。所提方法详细给出了回收过程中火箭发动机的推力大小、推力调整范围、工作时间、落点位置、最大速度以及着陆段的起始速度和高度的估计。算例表明所提方法可以实现回收过程的关键参数确定。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 火箭子级回收 火箭设计

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运载火箭与推进系统 被引量：2

7

作者 孙宏明 《火箭推进》 CAS 2000年第3期1-4,6-10,共9页

本文通过对国外航天形势的分析后明确指出,航天事业已发展到了以商业服务和开发利用空间资源为主要目标的时代。为适应形势发展需要,世界各航天大国,在已有运载火箭的基础上,正以降低发射成本为主攻方向,积极开展可重复使用运载火箭(RLV... 本文通过对国外航天形势的分析后明确指出,航天事业已发展到了以商业服务和开发利用空间资源为主要目标的时代。为适应形势发展需要,世界各航天大国,在已有运载火箭的基础上,正以降低发射成本为主攻方向,积极开展可重复使用运载火箭(RLV)的研制,并已取得了初步进展。推进系统也相应的展开研究工作,以适应运载火箭的需求。中国的对策是,提高现有火箭运载能力并使其无毒化,继而研制可重复使用运载火箭。 展开更多

关键词 运载火箭 可重复使用运载火箭 推进系统

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火箭返回着陆制导方法综述

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作者 赵越 李超 +1 位作者 于亚男 熊芬芬 《电光与控制》 北大核心 2025年第2期45-53,共9页

可重复使用运载火箭是未来运载技术发展的必然趋势。返回与垂直着陆制导技术是运载火箭实现精准着陆回收的关键技术之一。面向火箭返回与着陆的动力减速段、气动减速段和垂直着陆段3个关键阶段,对现有的制导方法展开综述。首先,建立了... 可重复使用运载火箭是未来运载技术发展的必然趋势。返回与垂直着陆制导技术是运载火箭实现精准着陆回收的关键技术之一。面向火箭返回与着陆的动力减速段、气动减速段和垂直着陆段3个关键阶段,对现有的制导方法展开综述。首先,建立了火箭返回与着陆的动力学模型,明确了返回着陆各阶段存在的约束;然后,按照减速段和垂直着陆段两个阶段,从方法基本原理、发展历程及其在工程实践中的研究应用几个方面,详细介绍了减速段的标称轨迹跟踪制导法、预测校正制导法以及垂直着陆段的解析制导法、基于轨迹优化和基于机器学习的制导方法;最后,对未来值得探索的运载火箭返回制导研究方向进行了展望。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 垂直着陆制导 减速段制导 在线轨迹规划 机器学习

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基于改进凸优化方法的火箭着陆段制导研究 被引量：1

9

作者 陈凝期 陈迪剑 +1 位作者 单艳锋 钟昊 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期33-41,共9页

火箭垂直着陆理想状态是下降过程中保持推力值接近重力大小,着陆瞬间等于重力。目前使用广泛的凸优化制导方法产生的推力调节曲线为Bang-Bang形式,发动机根据当前状态和目标状态调节推力在最大值与最小值之间跳变。采用凸优化方法制导... 火箭垂直着陆理想状态是下降过程中保持推力值接近重力大小,着陆瞬间等于重力。目前使用广泛的凸优化制导方法产生的推力调节曲线为Bang-Bang形式,发动机根据当前状态和目标状态调节推力在最大值与最小值之间跳变。采用凸优化方法制导使得火箭下降过程中加速度过大,其稳定性无法保证。提出了一种基于改进凸优化方法的火箭着陆制导律。以燃料最优为目标,使用基于凸优化的制导方法规划产生初始轨迹。在初始规划控制曲线上选取合适离散点,计算基于凸优化制导律控制量相邻两离散点之间的斜率值,将计算所得斜率突增点作为算法切换点,在火箭调节推力值到达突增点时切换为基于四次多项式的制导律直至着陆。仿真结果表明,相比于现有的单一制导方法,所提出方法解决了传统凸优化方法应用过程中减速过快的问题,同时最大程度上减少了燃料的消耗。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 推力调节 凸优化 多项式制导 切换策略

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基于凸优化和LQR的火箭返回轨迹跟踪制导 被引量：8

10

作者 吴杰 张成 +1 位作者 李淼 熊芬芬 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2270-2280,共11页

可重复使用运载火箭动力减速段制导,面临各种苛刻的过程约束、终端约束及燃料最省的迫切需求,给制导带来巨大挑战。因此,提出一种基于分段凸优化和线性二次调节器(LQR)的轨迹跟踪制导律。采用分段凸优化方法对火箭基准速度进行跟踪,大... 可重复使用运载火箭动力减速段制导,面临各种苛刻的过程约束、终端约束及燃料最省的迫切需求,给制导带来巨大挑战。因此,提出一种基于分段凸优化和线性二次调节器(LQR)的轨迹跟踪制导律。采用分段凸优化方法对火箭基准速度进行跟踪,大幅简化了优化模型从而降低凸优化求解的计算量,同时确保火箭在各种初始误差和模型误差的情况下燃料最省。采用LQR方法实现对火箭飞行位置轨迹的高精度跟踪,抵抗各种误差和干扰的影响。仿真结果表明:相对于传统的LQR跟踪制导方法,所提方法能大幅减少燃料消耗,且在各种误差和干扰下具有较高的轨迹跟踪精度和较强的抗干扰能力;相比于现有的滚动凸优化方法,所提方法能显著降低求解计算量,且方法可靠性更高。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 动力减速段 轨迹跟踪制导 线性二次调节器 凸优化

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变推力液体火箭发动机推力调节技术研究综述及发展趋势 被引量：8

11

作者 姚照辉 范家璇 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1-14,共14页

系统梳理了国内外变推力液体火箭发动机调节控制技术的研究历程及研究现状,并结合我国航天动力研究基础,指出通过在主系统或副系统管路上设置液体或燃气流量调节装置、通过可调结构的针栓式喷注器同步对流量与压力进行匹配调节仍然是实... 系统梳理了国内外变推力液体火箭发动机调节控制技术的研究历程及研究现状,并结合我国航天动力研究基础,指出通过在主系统或副系统管路上设置液体或燃气流量调节装置、通过可调结构的针栓式喷注器同步对流量与压力进行匹配调节仍然是实现大范围变推力调节的两种主要手段;分析了变推力液体火箭发动机推力调节的关键技术及其解决途径,预测了未来一段时期内变推力液体火箭发动机及其调节技术发展趋势,提出了若干适合我国国情的研究建议,为我国低成本、可重复使用天地往返运输技术的发展和有关研究者开展研究工作提供一定的参考。 展开更多

关键词 可重复使用运载火箭 变推力液体火箭发动机 针栓式发动机 推力深度调节 一体式发生器/调节器

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序言

12

作者 郭万林 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第1期I0001-I0002,共2页

2023年,人类运载火箭发射首次超过300次,世界航天科技进入规模化发展新阶段,对发射成本、履约周期和产能需求提出了更高要求,可重复使用运载火箭技术成为重要的发展趋势。可重复使用航天运载器在发射任务完成后,全部或部分结构返回并安... 2023年,人类运载火箭发射首次超过300次,世界航天科技进入规模化发展新阶段,对发射成本、履约周期和产能需求提出了更高要求,可重复使用运载火箭技术成为重要的发展趋势。可重复使用航天运载器在发射任务完成后,全部或部分结构返回并安全着陆。 展开更多

关键词 航天运载器 发射成本 可重复使用运载火箭 航天科技 安全着陆 发展趋势 更高要求 发展新阶段

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