[发明专利]一种瓜瓣套罩气动分离可回收二级运载火箭

说明书

本发明公开了一种瓜瓣套罩气动分离可回收二级运载火箭，其属于航天火箭技术领域，其包括一级箭体，一级箭体上端设置有瓜瓣套罩，瓜瓣套罩内容纳有载有载荷的二级火箭；一级箭体的下端居中位置设置有一个回收动力系统，并围绕回收动力系统设置有二个或多个一级动力发动机；瓜瓣套罩自上而下依次包括瓜瓣部、壳段、滑轨筒罩和支座；瓜瓣套罩还包括有气动分离姿控装置；气动分离姿控装置包括连接有气缸的气瓶。本发明的火箭整体回收更方便，并采用气动分离姿控装置提供分离力以及调整姿态；本发明实现了亚轨道载荷“非火工”分离，又实现了辅助姿控、确保了回收动力燃料沉底和发动机正常工作。

技术领域

本发明属于航天火箭技术领域，具体涉及一种瓜瓣套罩气动分离可回收二级运载火箭。

背景技术

随着国内外航天领域的不断发展，如何降低航天发射费用逐渐成为整个航天产业面临的主要挑战之一；继而商业航天的发展对低成本发射和低成本火箭提出了更高的要求，尤其是对于一些低空高速飞行试验装置发射，实现运载器及其有效载荷的回收和重复使用是降低成本的重要措施。

现有二级运载火箭及其飞行过程分离状态如图1A至图1D所示，二级运载火箭主要由一级箭体（或称一级火箭）1'、二级火箭2'和整流罩4'组成；二级运载火箭主要功能是发射载荷例如卫星3'。如图1A所示的火箭结构，整流罩4'也称为卫星整流罩或火箭整流罩，其作用主要为包覆卫星3'，与二级火箭2'相连接；如图1B所示，一级火箭与二级火箭分离，火箭飞行到一定高度后一级箭体1'分离，一级箭体1'被抛掉后飞落至地面且损毁弃用，二级火箭继续向上飞行且飞离大气层，整流罩4'分离、抛罩；如图1C所示，其示出整流罩抛罩动作，整流罩4'落地损毁；如图1D所示的卫星分离示意图，二级火箭继续飞行至预定轨道，卫星3'分离。可见，其中大部分部件都直接落地损毁，一次性使用，不回收复用。

现有的可重复使用运载器例如太空探索技术公司（SpaceX）的“猎鹰-9R”火箭，采用了垂直返回的方式，其通过一级箭体底部中心的发动机动力调节实现了一级箭体的回收；其整流罩抛罩后分两瓣分别回收，主要采用降落伞方式伞降、通过海上平台及其网篮回收。可以想到的是，伞降方式降落点不可控，回收仍存在难度，所需的海上平台等也需要较高成本。

发明内容

基于现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种瓜瓣套罩气动分离可回收二级运载火箭，其实现了瓜瓣套罩和一级箭体整体回收，并采用气动分离姿控装置提供分离力以及调整火箭姿态，提升了成本效率。

基于本发明的技术方案，本发明提供了一种瓜瓣套罩气动分离可回收二级运载火箭，其包括一级箭体，一级箭体上端设置有瓜瓣套罩，瓜瓣套罩内容纳有载有载荷的二级火箭；一级箭体的下端居中位置设置有一个回收动力系统，并围绕回收动力系统设置有二个或多个一级动力发动机；瓜瓣套罩自上而下依次包括瓜瓣部、壳段、滑轨筒罩和支座；壳段呈筒状，壳段的上部与瓜瓣部活动连接；滑轨筒罩包括套筒，套筒上部与壳段下部相连接，套筒下部连接有支座，套筒的内侧面设置有滑轨；二级火箭的至少一部分与滑轨相匹配的滑动连接；瓜瓣套罩还包括有气动分离姿控装置；气动分离姿控装置包括有气瓶，气瓶连接有气缸，气缸具有缸筒和活塞，缸筒与一级箭体或瓜瓣套罩固定连接，活塞用于将二级火箭向上推动；气瓶还连接有输气管路，输气管路至少有两条，数条输气管路沿瓜瓣套罩内壁周向均匀分布设置，每条输气管路的末端均分支有两条相互垂直的排气管，排气管上设置有控制其通断的阀门；排气管的输出端设置于瓜瓣套罩上部的外表面上。

进一步地，滑轨沿周向设置有一个或多个，滑轨的长度方向与套筒的长度方向一致；二级火箭的外侧面上对应设置有一个或多个滑块，滑轨与滑块相匹配地滑动连接；支座上设有用于将二级火箭锁紧或释放的电控锁紧装置。

优选地，瓜瓣部为呈半球或半椭球的壳状的端帽套罩，端帽套罩倒扣于壳段上并在一侧可开合地活动连接，端帽套罩连接有用于控制其开闭的作动机构。瓜瓣部为二个或多个，相邻的瓜瓣部的对接面均设置有耐高温的密封结构；瓜瓣部闭合时，瓜瓣部与密封结构相匹配且瓜瓣部密封地接触在一起；瓜瓣部连接有用于控制其开闭的作动机构。