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*Questo articolo è il contenuto del 15° numero di "Half Moon Talk" del 2024

I cinesi desiderano lo spazio da migliaia di anni e molti miti sul volo testimoniano questo sogno. Al giorno d'oggi, per i razzi cinesi volare nello spazio è diventato una realtà. Tuttavia, questi razzi che volano nel cielo non hanno ancora sperimentato l'esperienza di "volare a casa": il riciclaggio dei razzi è ancora un ostacolo pericoloso per i missilisti cinesi.

In effetti, quest’anno l’esplorazione del riciclaggio dei grandi razzi prodotti a livello nazionale ha subito un’accelerazione. Recentemente, una nuova freccia di verifica tecnologica per veicoli di lancio riutilizzabili sviluppata dall'Ottavo Istituto di Scienza e Tecnologia Aerospaziale ha condotto con successo un test di volo di 10 chilometri presso il Centro di lancio satellitare di Jiuquan. Blue Arrow Aerospace sta per condurre un test di decollo e atterraggio verticale di 10 chilometri, e Deep Blue Aerospace sta per inaugurare un test di decollo e atterraggio verticale di 5 chilometri per la prima fase del programma "Nebula-1". " Razzo... Quasi ogni mese avviene un "grande passo" nel recupero dei razzi cinesi ".

Allora perché riciclare i razzi come le bottiglie di Coca-Cola? Cosa c’è di così difficile nel riciclaggio dei razzi? Quanti passi impiega un razzo dal "partire da casa" al "tornare a casa"?

Perché riciclare i razzi?

Al comando "3, 2, 1, fuoco!", il razzo si è alzato in volo e si è alzato in volo. Questa è l'impressione che la maggior parte delle persone ha dei lanci di razzi. Quando un razzo vola nello spazio, tutti ricordano una bellissima parabola e a pochi importa se tornerà indietro.

Il 19 gennaio 2024, Blue Arrow Aerospace ha condotto un test di decollo e atterraggio verticale di un razzo di prova presso il Jiuquan Satellite Launch Center, che è stato un completo successo.

Infatti, prima del 2015, i razzi erano materiali di consumo usa e getta che non sarebbero mai più tornati dopo essere stati lanciati nello spazio. Tuttavia, il recupero riuscito del "Falcon 9" nel 2015 ha fatto la storia: si scopre che il razzo può anche essere riutilizzato e il "lancio in volo" non è impossibile.

Infatti, Qian Xuesen, il "padre dell'aerospaziale cinese", una volta lo aveva previsto nella sua "Introduzione alla navigazione interstellare" pubblicata nel 1963: "I razzi da trasporto, siano essi grandi razzi del primo stadio o piccoli razzi del secondo stadio, purché poiché con le ali può tornare a terra, quindi il razzo da trasporto può essere utilizzato molte volte."

Quali sono i vantaggi di lasciare che un razzo "voli a casa"? Tre frasi: ridurre i costi, aumentare l'efficienza e migliorare la qualità.

Il più diretto è il controllo dei costi: il riciclaggio e il riutilizzo diluiranno naturalmente i costi. "Il riciclaggio dei razzi è il modo migliore per ridurre direttamente i costi di lancio. In passato, il lancio dei razzi era un utilizzo una tantum, che era dispendioso quanto "prendere un aereo usa e getta". Quando il razzo viene riciclato, può decollare e atterrare più volte come un aereo. Distribuisci i costi sempre più sottili", ha affermato Bai Guolong, membro della China Aerospace Science and Technology Association e popolare blogger di scienza aerospaziale.

In secondo luogo, il razzo è riciclabile, il che significa che la frequenza di lancio è aumentata, il che rappresenta la speranza per l’espansione industriale. I lanci di razzi tradizionali devono consentire un periodo di preparazione di almeno due mesi e la finestra temporale deve essere seguita attentamente per "vedere il tempo". "I razzi riciclabili sono diversi. Possono essere lanciati di nuovo con semplici riparazioni e manutenzione. Il sostanziale miglioramento nell'utilizzo dei razzi, nella frequenza di lancio e nella flessibilità di lancio migliorerà notevolmente la capacità di entrare rapidamente nello spazio, e l'esplorazione e lo sviluppo spaziale su larga scala miglioreranno essere possibile, forse", ha detto Huo Liang, fondatore di Deep Blue Aerospace.

Inoltre, il potenziamento della capacità dei razzi riciclabili contribuirà a migliorare la qualità complessiva dell’esplorazione spaziale. "Attualmente, il networking di costellazioni su larga scala richiede in particolare lanci di razzi di grande capacità, a basso costo e ad alta frequenza. Razzi riutilizzabili su larga scala possono supportare la strategia di ingegneria delle costellazioni Internet del mio paese. Direttore generale del dipartimento di ricerca e sviluppo dei missili spaziali Blue Arrow." e ha detto il presidente del comandante Zhuque-3 Dai Zheng.

Quanto è difficile recuperare un razzo?

La tabella di marcia è concisa e chiara, ma trasformare i disegni in realtà è estremamente difficile.

Un razzo tradizionale è composto da due stadi, uno in basso e due in alto. L'attuale recupero del razzo si riferisce al processo in cui il primo e il secondo stadio si separano quando il razzo vola ad un'altitudine di oltre 100 chilometri, il secondo stadio entra nell'orbita predeterminata e il primo stadio, che può solo autodistruggersi, ritorna al sito di lancio. In breve, il “recupero” del razzo significa attualmente il “ritorno a casa” del primo stadio.

Il suo "ritorno a casa" si divide grosso modo in tre fasi. Il primo passo è separare il corpo della freccia e regolare l'assetto. Dopo che il razzo è stato acceso e lanciato, sale ad un'altitudine di oltre 100 chilometri, il motore del primo stadio viene spento e il secondo stadio si separa dal primo stadio. Per tornare a terra al primo livello, devi prima "girarti", cioè adattare il tuo atteggiamento. Il secondo passo è rallentare. Dopo essersi voltato, il razzo entra nel processo di ritorno e la velocità è molto elevata. In questo momento, il motore deve essere acceso una seconda volta per rallentare la velocità. Il terzo passo è atterrare e restare in volo stazionario. Poiché la posizione ideale affinché il razzo ritorni nella posizione originale è con la coda abbassata e la testa alzata, il motore deve essere acceso una terza volta per regolare la posizione e far ripartire il razzo. una spinta inversa in modo che possa atterrare quando atterra. L'accelerazione e la velocità scendono contemporaneamente a 0.

Perché è più difficile per un razzo "tornare a casa" che lanciarlo?

La cosa più difficile è "tornare con precisione". "Durante la discesa del razzo, man mano che il consumo di carburante e la velocità cambiano, è necessario erogare una spinta di diverse dimensioni per garantire una decelerazione regolare. Ciò richiede che il motore a razzo regoli la spinta in modo accurato e dinamico e abbia la funzione di avviamenti multipli. " Dongfang. Huang Shuai, capo progettista del razzo Gravity 2 della Space Company, ha sottolineato che è necessario utilizzare un algoritmo preciso per fornire una guida attenta affinché il razzo ritorni a casa senza intoppi.

Anche "sistemarsi" non è facile. Durante il ritorno del razzo, l'assetto di discesa e l'angolo di atterraggio devono essere controllati con alta precisione. Una volta che l'angolo di atterraggio è sbagliato, il razzo potrebbe ribaltarsi, causando perdite di carburante ed esplosione. Questa difficoltà è come lanciare le bacchette in una bottiglia, per non parlare del fatto che si tratta di una "bastoncino" gigante con una velocità di caduta di oltre 1.000 metri al secondo. Infatti, anche se si ottiene una decelerazione efficace prima dell'atterraggio, bisogna tenere conto dell'enorme inerzia portata dal razzo del peso di decine di tonnellate. Sapete, nel razzo ci sono molti componenti elettronici di precisione. Per garantire che questi "tesori" possano essere riutilizzati, il loro valore di abilità buffer deve essere riempito.

Il 21 luglio, il razzo Nebula-1, sviluppato in modo indipendente dalla Deep Blue Aerospace, ha completato un test di volo simulato di recupero ad alta quota.

Un'altra difficoltà è "l'uso duraturo". Zheng Ze, vice direttore generale di Deep Blue Aerospace, ha affermato che, affinché i razzi riciclabili possano resistere alla prova di molteplici riutilizzi e rientri nell'atmosfera, devono utilizzare nuovi materiali compositi con elevata resistenza, resistenza alle alte temperature e ultra-resistente. leggerezza per superare una serie di difficoltà prestazionali dei materiali. I requisiti di affidabilità di componenti come i motori sono particolarmente elevati. Inoltre, i razzi riutilizzabili devono essere ben mantenuti. Una semplice ispezione e manutenzione dopo il riciclaggio può soddisfare i requisiti per il rilancio. Ci sono anche molte lacune tecniche nella valutazione e nei test che devono essere colmate in questo settore.

L'esplorazione non si ferma mai

Cos’altro è necessario fare affinché i razzi cinesi “vadano e ritornino”?

“Da un lato, dobbiamo ottimizzare il processo di gestione e approvazione per i lanci di razzi e bilanciare sicurezza ed efficienza, dall’altro dobbiamo costruire più siti di lancio e stazioni di lancio, comprese piattaforme di lancio di recupero via terra e in mare, per adattarci alle esigenze di lancio di frequenze più elevate, Bai Guolong ha affermato che creando un ambiente in cui la tecnologia viene iterata rapidamente e i processi e i costi sono costantemente ottimizzati, questa strada in salita dovrebbe diventare più agevole.

Il recupero del razzo è difficile, ma la fiducia degli astronauti non diminuisce. Una busta è esposta nella Biblioteca Qian Xuesen dell'Università Jiao Tong di Shanghai. Nel 1941, quando Qian Xuesen stava completando il suo famoso articolo "Instabilità per compressione assiale dei gusci cilindrici", scrisse "Finale" con penna rossa sulla busta contenente il manoscritto. Quando ha posato la penna, si è reso conto all'improvviso che "Finale" significa anche "fine": "Come può finire la ricerca della verità?" Qian Xuesen ha preso la busta e ha scritto "Niente è definitivo" con una penna nera.

Huang Shuai ha detto: "Anche la nostra esplorazione della tecnologia di recupero dei razzi non finirà mai".

Titolo originale "Quanti passi ci vogliono per portare i Rockets a casa"? 》

Reporter Banyuetan: Zhang Manzi/Redattore: Fan Zhongxiu

Redattore: Zhang Ziqing/Revisore: Qin Daixin