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*Este artículo es el contenido del número 15 de "Half Moon Talk" de 2024.

Los chinos llevan miles de años anhelando el espacio y muchos mitos sobre la aviación dan testimonio de este sueño. Hoy en día, los cohetes chinos vuelan al espacio. Sin embargo, estos cohetes que vuelan hacia el cielo aún no han experimentado la experiencia de "volar a casa": el reciclaje de cohetes sigue siendo un obstáculo peligroso para los coheteros chinos.

De hecho, la exploración del reciclaje de grandes cohetes de producción nacional se ha acelerado este año. Recientemente, una nueva flecha de verificación de tecnología para vehículos de lanzamiento reutilizables desarrollada por la Corporación del Octavo Instituto de Ciencia y Tecnología Aeroespaciales realizó con éxito una prueba de vuelo de 10 kilómetros en el Centro de Lanzamiento de Satélites de Jiuquan. Blue Arrow Aerospace está a punto de realizar una prueba de vuelo de despegue y aterrizaje vertical de 10 kilómetros, y Deep Blue Aerospace está a punto de marcar el comienzo de una prueba de despegue y aterrizaje vertical de 5 kilómetros para la primera etapa del "Nebula-1 " Cohete... Casi todos los meses se produce un "gran movimiento" en la recuperación de cohetes chinos ".

Entonces, ¿por qué reciclar cohetes como botellas de Coca-Cola? ¿Qué tiene de difícil el reciclaje de cohetes? ¿Cuántos pasos da un cohete desde "salir de casa" hasta "regresar a casa"?

¿Por qué reciclar cohetes?

Con la orden "¡3, 2, 1, fuego!", el cohete se elevó hacia el cielo y se elevó hacia el cielo. Ésta es la impresión que la mayoría de la gente tiene de los lanzamientos de cohetes. Cuando un cohete vuela al espacio, lo único que todos recuerdan es una hermosa parábola, y a pocas personas les importa si regresará.

El 19 de enero de 2024, Blue Arrow Aerospace realizó una prueba de despegue y aterrizaje vertical de un cohete en el Centro de lanzamiento de satélites de Jiuquan, que fue un completo éxito.

De hecho, antes de 2015, los cohetes eran consumibles desechables que nunca regresarían después de ser lanzados al espacio. Sin embargo, la recuperación exitosa del "Falcon 9" en 2015 hizo historia: resulta que el cohete también se puede reutilizar y "el lanzamiento en vuelo" no es imposible.

De hecho, Qian Xuesen, el "padre del sector aeroespacial de China", imaginó esto una vez en su "Introducción a la navegación interestelar" publicada en 1963: "Los cohetes de transporte, ya sean grandes cohetes de primera etapa o pequeños cohetes de segunda etapa, siempre que Como tiene alas, puede volar de regreso al suelo, por lo que el cohete de transporte se puede utilizar muchas veces".

¿Cuáles son los beneficios de dejar que un cohete "vuele a casa"? Tres frases: reducir costes, aumentar la eficiencia y mejorar la calidad.

El más directo es el control de costos: el reciclaje y la reutilización naturalmente diluirán el costo. "El reciclaje de cohetes es la mejor manera de reducir directamente los costos de lanzamiento. En el pasado, lanzar cohetes era un uso único, lo que era tan derrochador como 'tomar un avión desechable'. Cuando el cohete se recicla, puede despegar y aterrizar varias veces como un avión. Distribuimos el costo cada vez más", dijo Bai Guolong, miembro de la Asociación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China y un popular bloguero de ciencia aeroespacial.

En segundo lugar, el cohete es reciclable, lo que significa que la frecuencia de lanzamiento ha aumentado, lo que supone una esperanza para la expansión industrial. Los lanzamientos de cohetes tradicionales deben permitir al menos dos meses de período de preparación, y la ventana de tiempo debe seguirse de cerca para "ver el clima". "Los cohetes reciclables son diferentes. Se pueden lanzar nuevamente con solo una simple reparación y mantenimiento. La mejora sustancial en la utilización de los cohetes, la frecuencia de lanzamiento y la flexibilidad del lanzamiento mejorará en gran medida la capacidad de ingresar rápidamente al espacio, y la exploración y el desarrollo espacial a gran escala tal vez sea posible", dijo Huo Liang, fundador de Deep Blue Aerospace.

Además, la mejora de la capacidad de los cohetes reciclables ayudará a mejorar la calidad general de la exploración espacial. "Actualmente, la creación de redes de constelaciones a gran escala requiere particularmente lanzamientos de cohetes de gran capacidad, bajo costo y alta frecuencia. Los cohetes reutilizables a gran escala pueden respaldar la estrategia de ingeniería de constelaciones de Internet de mi país. Gerente General del Departamento de Investigación y Desarrollo de Cohetes Espaciales Blue Arrow". y dijo el presidente del Zhuque-3, el comandante Dai Zheng.

¿Qué tan difícil es recuperar un cohete?

La hoja de ruta es concisa y clara, pero convertir los dibujos en realidad es extremadamente difícil.

Un cohete tradicional consta de dos etapas, una en la parte inferior y dos en la parte superior. La recuperación actual del cohete se refiere al proceso en el que la primera y la segunda etapa se separan cuando el cohete vuela a una altitud de más de 100 kilómetros, la segunda etapa entra en la órbita predeterminada y la primera etapa, que solo puede autodestruirse, regresa. al sitio de lanzamiento. En resumen, la "recuperación" del cohete significa actualmente el "regreso a casa" de la primera etapa.

Su "regreso a casa" se divide aproximadamente en tres pasos. El primer paso es separar el cuerpo de la flecha y ajustar la actitud. Después de encender y lanzar el cohete, se eleva a una altitud de más de 100 kilómetros, el motor de la primera etapa se apaga y la segunda etapa se separa de la primera. Para volver al suelo en el primer nivel, primero debes "dar la vuelta", es decir, ajustar tu actitud. El segundo paso es reducir la velocidad. Después de girar, el cohete entra en el proceso de retorno y la velocidad es muy rápida. En este momento, es necesario encender el motor por segunda vez para reducir la velocidad. El tercer paso es aterrizar y flotar, ya que la posición ideal para que el cohete vuelva a la posición original es con la cola hacia abajo y la cabeza hacia arriba, es necesario encender el motor por tercera vez para ajustar la posición y dar el cohete. un empuje inverso para que pueda aterrizar cuando aterrice. La aceleración y la velocidad caen a 0 al mismo tiempo.

¿Por qué es más difícil para un cohete "volver a casa" que lanzarlo?

Lo más difícil es "regresar con precisión". "Durante el descenso del cohete, a medida que cambian el consumo de combustible y la velocidad, necesita generar un empuje de diferentes tamaños para garantizar una desaceleración suave. Esto requiere que el motor del cohete ajuste el empuje de manera precisa y dinámica y tenga la función de arranques múltiples. " Dongfang. Huang Shuai, diseñador jefe del cohete Gravity 2 de la Compañía Espacial, enfatizó que se debe utilizar un algoritmo preciso para proporcionar una guía cuidadosa para que el cohete regrese a casa sin problemas.

"Asentarse" tampoco es fácil. Durante el regreso del cohete, la actitud de descenso y el ángulo de aterrizaje deben controlarse con alta precisión. Una vez que el ángulo de aterrizaje es incorrecto, el cohete puede volcar, provocando fugas de combustible y explosión. Esta dificultad es como tirar palillos a una botella, sin mencionar que se trata de un "palillo" gigante con una velocidad de caída de más de 1.000 metros/segundo. De hecho, incluso si se logra una desaceleración efectiva antes del aterrizaje, hay que tener en cuenta la enorme inercia que provoca el cohete que pesa decenas de toneladas. Ya sabes, hay muchos componentes electrónicos de precisión en el cohete. Para garantizar que estos "tesoros" puedan usarse nuevamente, se debe completar su valor de habilidad de reserva.

El 21 de julio, el cohete Nebula-1 desarrollado independientemente por Deep Blue Aerospace completó una prueba de vuelo de recuperación simulada a gran altitud.

Otra dificultad es el "uso duradero". Zheng Ze, subdirector general de Deep Blue Aerospace, dijo que para que los cohetes reciclables resistan la prueba de múltiples reutilizaciones y reingresos a la atmósfera, necesitan utilizar nuevos materiales compuestos con alta resistencia, resistencia a altas temperaturas y ultra- peso ligero para superar una serie de dificultades de rendimiento del material. Los requisitos de confiabilidad de componentes como los motores son particularmente altos. Además, los cohetes reutilizables deben recibir un buen mantenimiento. Una simple inspección y mantenimiento después del reciclaje pueden cumplir los requisitos para su relanzamiento. También hay muchas lagunas técnicas en materia de evaluación y pruebas que es necesario colmar en este ámbito.

La exploración nunca se detiene

¿Qué más hay que hacer para que los cohetes chinos “van y regresan”?

“Por un lado, necesitamos optimizar el proceso de gestión y aprobación de los lanzamientos de cohetes y equilibrar la seguridad y la eficiencia. Por otro lado, necesitamos construir más sitios y estaciones de lanzamiento, incluidas plataformas de lanzamiento de recuperación terrestres y marítimas, para adaptarnos. a las necesidades de lanzamiento de mayor frecuencia, Bai Guolong dijo que al crear un entorno donde la tecnología se itera rápidamente y los procesos y costos se optimizan constantemente, se espera que este camino de escalada sea más fluido.

La recuperación del cohete es difícil, pero la confianza de los astronautas no disminuye. Se exhibe un sobre en la Biblioteca Qian Xuesen de la Universidad Jiao Tong de Shanghai. En 1941, cuando Qian Xuesen estaba completando su famoso artículo "Pandeo por compresión axial de carcasas cilíndricas", escribió "Final" con bolígrafo rojo en el sobre que contenía el manuscrito. Cuando dejó el bolígrafo, de repente se dio cuenta de que "Final" también significa "fin": "¿Cómo puede terminar la búsqueda de la verdad?" Qian Xuesen tomó el sobre y escribió "Nada es definitivo" con un bolígrafo negro.

Huang Shuai dijo: "Nuestra exploración de la tecnología de recuperación de cohetes tampoco terminará nunca".

Título original "¿Cuántos pasos se necesitan para llevar a los Rockets a "casa"? 》

Reportero de Banyuetan: Zhang Manzi/Editor: Fan Zhongxiu

Editor: Zhang Ziqing/Revisor: Qin Daixin