我国首款不锈钢火箭朱雀三号顺利完成万米垂直起降飞行测试

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2024年9月11日,中国商业航天领域迎来了一项重大突破,蓝箭航天自主研发的朱雀三号VTVL-1可重复使用垂直起降回收试验箭在我国酒泉卫星发射中心圆满完成了10公里级的垂直起降返回飞行试验,这一里程碑式的成就标志着中国在可重复使用运载火箭技术上取得了显著进展,为未来实现大运力、低成本、高频次和可重复的航天发射奠定了坚实基础。

朱雀三号(ZQ-3)是蓝箭航天的下一代液氧甲烷运载火箭,同时也是中国的首款不锈钢液体运载火箭,这款火箭的研制不仅体现了我国在新型材料应用上的创新探索,也展示了在复杂系统工程方面的卓越能力,其箭体直径达到4.5米,整流罩直径为5.2米,全箭总长76.6米,起飞质量约为660吨,起飞推力则高达约900吨,一次性任务低轨运载能力可达21.3吨,而在执行航区回收任务时也能达到18.3吨的运载水平,这些参数无不彰显了朱雀三号强大的运载能力和技术实力。

我国第一款不锈钢火箭——朱雀三号成功完成1万米垂直起降飞行试验

此次试验中,朱雀三号VTVL-1试验箭在空中飞行的总时间为200.7秒,经历了上升段、发动机关机、无动力滑行、发动机空中二次起动以及软着陆等多个阶段,从点火升空到第一次关机仅用了大约113秒的时间,随后火箭依靠惯性继续爬升至距地面高度10002米的最高点,在这一过程中,为了抵消高空横风带来的干扰,火箭采用了高空风修正、栅格舵及冷气姿控系统来稳定飞行姿态,在无动力滑行了约40秒后,火箭的高度降至4.64公里,速度达到了0.8马赫,此时发动机再次以100%工况进行二次点火。

进入着陆减速段后,通过在线制导控制算法对发动机的推力和飞行状态进行调节,引导箭体精准地落在了距离发射工位约3.2公里的回收场坪上,这次软着陆的成功令人瞩目:着陆位置中心点与回收场坪中心的偏差仅为1.7米,着陆时的垂直速度为每秒负1.65米,而着陆姿态角的偏差更是只有0.3度,所有这些指标都充分满足了预期设计的要求,并达到了国内领先水平。

我国第一款不锈钢火箭——朱雀三号成功完成1万米垂直起降飞行试验

值得一提的是,早在今年年初,朱雀三号VTVL-1验证箭就已经成功地完成了百米级垂直起降飞行试验,那次试验中,火箭的飞行时间约为60秒,飞行高度约350米,着陆位置的精度控制在2.4米左右,着陆速度约为每秒0.75米,着陆姿态角和滚动角分别为0.14度和4.4度左右,这两次成功的飞行试验无疑为朱雀三号后续的研制和商业化运营积累了宝贵的经验和技术数据。

朱雀三号一子级的设计复用次数不少于20次,这意味着它将能够大幅度降低每次发射的成本,提高经济效益,该火箭还具备支撑我国卫星互联网组网高密度发射、大型通信卫星GTO轨道发射以及各种类型飞船发射的能力,这对于推动我国航天事业的发展和提升国际竞争力具有重要意义。

我国第一款不锈钢火箭——朱雀三号成功完成1万米垂直起降飞行试验

为了实现这一目标,朱雀三号在设计上进行了多项技术创新和应用,它首次在国内验证了发动机一次关机后小过载段的推进剂管理技术;成功应用了“栅格舵—冷气姿控—发动机”联合制导控制技术;并在跨音速大动压环境下实现了精准的制导与控制,采用的高强度不锈钢箭体结构不仅在强度和耐高温方面表现出色,还具有耐腐蚀和低成本的优点,为实现工业化快速制造提供了可能。