运载火箭整流罩回收再利用方法及装置与流程

1.本发明涉及航天技术领域，特别涉及运载火箭(或简称为火箭)技术，具体而言，涉及运载火箭整流罩回收再利用方法及装置。


背景技术：

2.运载火箭整流罩位于火箭的最前端，起到维持火箭外形，以及保护载荷等作用。当运载火箭飞行到大气层外后，需要把整流罩从箭体上分离出去，以便让出有效载荷的释放通道。
3.火箭整流罩通常由高强度、轻质、耐高温，且无线电透波性强的材料制成，在保持火箭气动外形的同时，给有效载荷航天器提高有效保护。
4.如图1所述，火箭整流罩1可以看成是锥形头罩11和载荷舱12两部分构成的，载荷舱12上端连接锥形头罩11下端与火箭20对接。
5.火箭升空前，整流罩在地面保护航天器，保证航天器对温度、湿度、洁净度的要求。火箭升空穿过大气层时，整流罩可以使航天器免受气动力和气动热影响以致损伤。运载火箭飞出大气层到达一定高度后，整流罩打开释放载荷，完成它的使命。
6.目前，主流的运载火箭整流罩分离方案均采用蚌式分瓣分离方案，分瓣分离又可以分为平抛和旋抛两种方案，根据分离力的来源又可分为火工品分离动力和弹簧分离动力。也有采用其他整流罩分离技术的案例，如中国专利公开号cn112284196a就公开了一种采用气动分离的技术。整流罩分离释放载荷后，通常都会被直接抛弃，有可能成为太空垃圾或返回大气层烧毁或掉落回地面。
7.中国专利公开号：cn112556515a就公开了《一种火箭整流罩的回收系统和方法》，通过复杂的系统对整流罩进行回收。整流罩回收过程指的是沿其飞行轨道直接进入、或者离开它原来飞行的轨道，沿转变后的轨道进入地球的大气层，并通过大气层中的大气减速，安全降落在地球上的过程。对于中、大型体积火箭来说，整流罩尺寸大，工艺要求高，价格不菲，有回收和重复使用价值。
8.无论是直接抛弃整流罩还是通过复杂的系统进行回收，都会造成一定资源的浪费，并不是一种最佳的处理方式。


技术实现要素：

9.本发明的主要目的在于提供一种运载火箭整流罩回收再利用方法及装置，以解决运载火箭整流罩进一步重复利用的问题。
10.为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种运载火箭整流罩回收再利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
11.a、火箭到达预定高度后打开整流罩释放载荷；
12.b、载荷释放后整流罩闭合；
13.c、控制整流罩按预定轨道继续在太空运行。
14.具体的，步骤a具体为：
15.火箭到达预定高度后所述整流罩的两部分分别向两边分开释放载荷。
16.具体的，步骤a具体为：
17.火箭到达预定高度后所述整流罩的锥形头罩升起释放载荷。
18.进一步的，还包括步骤：
19.d、控制整流罩作为在轨运行的人造天体用于执行其他任务。
20.进一步的，所述其他任务为将整流罩作为空间站或空间站的一部分。
21.为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的另一个方面，提供了一种运载火箭整流罩回收再利用装置，其特征在于，包括整流罩、整流罩开闭控制系统、整流罩运行控制系统，所述整流罩用于保护载荷并作为航天器，所述整流罩开闭控制系统用于控制整流罩打开释放载荷并闭合成封闭状态，所述整流罩运行控制系统用于控制整流罩释放载荷后按预定轨道继续运行。
22.进一步的，所述整流罩运行控制系统用于控制整流罩作为太空舱在预定轨道上运行。
23.具体的，所述整流罩开闭控制系统用于控制整流罩的两部分分别向两边分开释放载荷。
24.具体的，所述整流罩开闭控制系统用于控制整流罩升起释放载荷。
25.进一步的，所述运载火箭整流罩回收再利用装置还包括接口系统，所述接口系统与整流罩连接，所述接口系统用于与其他部件或人造天体对接。
26.根据本发明技术方案及其在某些实施例中进一步改进的技术方案，本发明具有如下有益效果：
27.整流罩得到了充分利用。本发明的整流罩既有常规整流罩的功能，又具有航天器(人造天体)的功能，相当于在一次发射任务完成中完成至少两个航天器的发射。本发明既可以减少太空垃圾的产生，又能够节约材料和能源，还能够完成更多的太空任务，是一个一举多得的方案。
28.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
29.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
30.图1为整流罩结构示意图；
31.图2为实施方式1整流罩打开状态示意图；
32.图3为实施方式1整流罩闭合状态示意图；
33.图4为实施方式2整流罩打开状态示意图；
34.图5为实施方式3整流罩结构框图；
35.图6为实施方式3整流罩结构示意图。
36.其中：
37.1为整流罩；
38.1为电动推杆；
39.11为锥形头罩；
40.12为载荷舱；
41.101为整流罩开闭控制系统；
42.102为整流罩运行控制系统；
43.103为接口系统。
具体实施方式
44.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。
45.为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。
46.本发明的运载火箭整流罩回收再利用方法，包括如下步骤：
47.步骤1、火箭到达预定高度后打开整流罩释放载荷。
48.本发明整流罩打开方式可以采用沿整流罩纵轴线向两边打开的方式释放载荷，如图2。整流罩由对称的两部分构成，整流罩中设置4根电动推杆10(图2中示出了2根电动推杆)。发射状态下，4根电动推杆10处于收缩状态，整流罩闭合。火箭到达预定高度后启动电动推杆10，整流罩沿纵轴线分别向两边分开释放载荷，如图2所示。这种整流罩打开方式，整流罩闭合状态如图3所示。
49.本发明整流罩打开方式也可以采用整流罩锥形头罩11与载荷舱12分离的方式打开释放载荷，如图4所示。3根电动推杆10沿锥形头罩11与载荷舱12连接处的圆周均匀分布，设置在锥形头罩11与载荷舱12之间。火箭到达预定高度后启动电动推杆10，锥形头罩11升起，在锥形头罩11与载荷舱12之间形成释放载荷的空间，由此释放载荷，如图4所示。
50.步骤2、载荷释放后整流罩闭合。
51.整流罩闭合状态如图3所示，这是采用沿整流罩纵轴线向两边打开的方式释放载荷的情况。
52.步骤3、控制整流罩按预定轨道继续在太空运行。
53.载荷释放后整流罩重新闭合，控制系统启动，控制整流罩按预定轨道继续在太空运行。
54.运行在预定轨道的整流罩，可以用于执行其他太空任务，如作为空间站或空间站的一部分与其他航天器对接等。
55.作为一种实施方式，本发明的运载火箭整流罩回收再利用装置，包括整流罩1、整流罩开闭控制系统101、整流罩运行控制系统102和接口系统103，如图5所示。
56.本例整流罩1在发射状态下，其作用也是用于保护载荷，这时整流罩开闭控制系统101、整流罩运行控制系统102和接口系统103处于休眠状态。
57.火箭运行到预定高度(通常在大气层外)，整流罩1与运载火箭20脱离，整流罩开闭控制系统101被唤醒进入工作状态，可以接收地面控制指令或按照自主控制指令运行，控制整流罩1打开释放载荷并闭合成封闭状态作为人造天体。
58.整流罩打开释放载荷的方式可以采用图2所示的打开方式，整流罩开闭控制系统101中的4根电动推杆一起动作，推动整流罩两部分分别向两边分开释放载荷。整流罩打开释放载荷的方式也可以采用图4所示的打开方式，3根电动推杆推动锥形头罩11升起与载荷舱12之间形成释放空间释放载荷。对于体积比较大的载荷，也可以采用蚌式分瓣分离方式释放载荷。
59.载荷释放后整流罩闭合，整流罩运行控制系统102随即启动，控制整流罩按预定轨道继续运行。整流罩运行控制系统102对整流罩的控制也可以由地面控制中心发送指令进行控制，或者根据整流罩运行控制系统102内部程序进行自主控制。
60.本发明的运载火箭整流罩回收再利用装置，接口系统103用于与其他部件或航天器对接，以便构成功能更加完善的航天器。
61.如图6所示，接口系统103设置在整流罩底部，用于与其他部件或航天器对接。接口系统103也可以设置在整流罩载荷舱12的周边，可以与多个部件或其他航天器对接，构成功能更加完善的大型空间站。
62.本发明的技术方案，充分利用整流罩形成的太空空间，可以根据不同的太空任务需求对整流罩进行进一步的优化设计，包括整流罩所用材料、密封结构、开闭结构等，都可以采用成熟的航天技术进行优化，以适应继续使用的要求。
63.本发明的技术方案，在太空发射任务中，可以节约大量资源，包括火箭燃料、航天器结构材料以及大量的人力资源等，具有极大的航天发射应用前景。