运载火箭垂直回收系统及方法与流程

本发明涉及运载火箭回收，具体涉及运载火箭垂直回收系统及方法。

背景技术：

1、在火箭子级降落过程中，通过主发动机点火实现减速，同时以姿控发动机调整火箭子级的飞行姿态，从而确保火箭以近乎垂直的姿态下落。

2、目前火箭垂直回收方案主要有垂直回收着陆腿方案，比如猎鹰9号为代表的中大型运载火箭；降落伞回收方案，比如电子号为代表的小型运载火箭；星舰（starship）所采用的筷子（抱钳）式回收方案；还有目前正在研制的拦阻索回收方案等等。

3、目前所采用或正在研制的方案都有一定局限性：着陆腿回收方案需在箭体上安装着陆腿系统，增加了结构质量，降低了火箭的运载效率，且着陆腿安装或维护比较复杂；降落伞回收方案自适合小型运载火箭，且可靠性也有待进一步验证；星舰（starship）所采用的筷子（抱钳）式回收方案需要配备一套复杂的回收塔和机械臂机构；拦阻索回收方案也需配备一套复杂的地面回收拦阻索系统，成本较高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种运载火箭垂直回收系统及方法，以解决现有技术中垂直回收火箭方案存在系统结构复杂，会增加火箭结构质量，影响火箭运载效率的问题。

2、为了解决上述问题，本发明涉及的一种运载火箭垂直回收系统，包括：

3、动态追踪机构，设置于预判的火箭着陆区域上方，可在预判的火箭着陆区域内移动，而对进入着陆区域内的火箭进行动态追踪；

4、主动捕获机构，设置于动态追踪机构上；

5、被捕获机构，设置于火箭箭体上，用于与主动捕获机构连接或断开连接。

6、在其中一些具体实施例中，动态追踪机构包括：

7、支撑部，底部固定于地面，顶部垂直于地面向上延伸；

8、摆臂，一端与支撑部转动连接，另一端水平向外延伸，摆臂可绕支撑部作圆周运动或摆臂运动；

9、行走部，设置于摆臂上，可沿摆臂线性移动，主动捕获机构设置于行走部上。

10、在其中一些具体实施例中，主动捕获机构包括：

11、捕获器，可与被捕获机构连接或断开连接；

12、连接部，一端与行走部连接，另一端与捕获器连接；

13、动力导向装置，使捕获器朝被捕获机构的方向运动并接近被捕获机构。

14、在其中一些具体实施例中，

15、捕获器为勾爪结构；

16、对应的，被捕获机构为设置于火箭箭体上的吊挂结构，勾爪结构可与吊挂结构连接。

17、在其中一些具体实施例中，吊挂结构包括：

18、引导伞，折叠放置于火箭箭体内，可从火箭箭体内释放至火箭箭体外；

19、悬吊索，一端火箭箭体连接，另一端与引导伞连接；

20、将引导伞释放后，引导伞将悬吊索向上拉出至火箭箭体外，悬吊索可供勾爪结构抓取或钩挂。

21、在其中一些具体实施例中，

22、捕获器为自锁子结构，包括，

23、投掷体，呈半球型，设置于连接部的尾端；

24、自锁体，设置于投掷体上；

25、被捕获机构为与自锁子结构相适配的自锁母结构，包括，

26、接收座，设置于火箭箭体的上端，具有内容腔，内容腔的上端敞口，内容腔内壁设有锁止部，自敞口端到锁止部，内容腔的内壁呈直径逐渐减小的锥形曲面，当投掷体沿锥形曲面进入锁止部下方后，自锁体可卡挡于锁止部下端实现自锁。

27、在其中一些具体实施例中，

28、自锁体包括，

29、自锁杆，至少两根，沿环形阵列设置于投掷体的上端面，下端与投掷体上端面滑动连接，上端倾斜向外伸出；

30、复位弹簧，沿径向设置于投掷体的上端面，一端与投掷体连接，另一端与自锁杆连接，具有可使自锁杆复位的弹力；

31、在锁止部的挤压下，自锁杆可在投掷体上端面发生径移而通过锁止部，在复位弹簧的弹力作用下，自锁杆复位而卡挡于锁止部的下端。

32、在其中一些具体实施例中，还包括，

33、支撑体，与连接部的尾端连接，动力导向装置安装于支撑体上；

34、柔性连接杆，一端与支撑体固定连接，另一端与投掷体固定连接。

35、在其中一些具体实施例中，连接部为柔性连接索或刚性机械臂。

36、基于同一发明构思的运载火箭垂直回收方法，采用上述任一些具体实施例所提供的运载火箭垂直回收系统，具体包括以下步骤：

37、s1、火箭反推减速，发动机向下飞行，机动到可着陆区域；

38、s2、预判火箭落点，动态追踪机构追踪火箭落点，当火箭顶部降落至动态追踪机构附近时，启动主动捕获机构；

39、s3、主动捕获机构与被捕获机构建立连接，火箭减速至零，回收火箭。

40、本发明的有益效果如下：

41、1、本发明的运载火箭垂直回收系统通过在火箭着陆区域设置动态追踪机构，能够对进入着陆区域内的火箭进行动态追踪，摆臂转动所扫过的区域均可为火箭的可着陆区域，因此火箭的实际可着陆区域比传统回收方案大，对火箭控制精度的需求就可以降低很多。

42、2、本发明的运载火箭垂直回收系统通过在动态追踪机构上安装主动捕获机构，通过发射捕获器能够与下落中的火箭建立连接，火箭在降落过程中很长一段时间都可以与动态追踪系统建立连接，因此回收时间窗口比较长，有足够多的时间调整捕获器以及调整火箭的运行姿态，降低出现失误的概率。

43、3、本发明的运载火箭垂直回收系统对火箭箭体结构的附加改动较小，不会增加太大的附加质量，能有效提高火箭运载效率。

44、4、本发明不需要安装回收着陆腿和降落伞装置，大大降低了火箭的质量，可以有效提供火箭的运载能力。并且着陆腿装置研制成本较高，且在回收过程中需要专门的撤收流程和工装，复飞前需要维护，使用维护成本比较高，维护周期比较长；本发明无着陆腿系统，省掉了这些研制和使用维护成本。

45、5、本发明的运载火箭垂直回收系统的地面支持系统也相对简单，动态追踪机构采用建筑领域常用的塔吊类似结构，能够实现模块化组装和撤收，使用维护方便，成本较低。

46、6、本发明的运载火箭垂直回收系统也可以兼容火箭发射场的火箭组装或起竖功能，即可同时用于发射场和火箭回收场，这样可以大大节省火箭发射准备和回收后重复发射的成本，大大压缩回收转场和重复使用的时间。

技术特征：

1.一种运载火箭垂直回收系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的运载火箭垂直回收系统，其特征在于，所述动态追踪机构包括：

3.根据权利要求2所述的运载火箭垂直回收系统，其特征在于，所述主动捕获机构包括：

4.根据权利要求3所述的运载火箭垂直回收系统，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的运载火箭垂直回收系统，其特征在于，所述吊挂结构包括：

6.根据权利要求3所述的运载火箭垂直回收系统，其特征在于，所述捕获器为自锁子结构包括：

7.根据权利要求6所述的运载火箭垂直回收系统，其特征在于，所述自锁体包括：

8.根据权利要求6所述的运载火箭垂直回收系统，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求3所述的运载火箭垂直回收系统，其特征在于，所述连接部为柔性连接索或刚性机械臂。

10.一种运载火箭垂直回收方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的运载火箭垂直回收系统，具体包括以下步骤：

技术总结本发明涉及运载火箭回收技术领域，具体涉及运载火箭垂直回收系统及方法，运载火箭垂直回收系统包括动态追踪机构、主动捕获机构及被捕获机构，动态追踪机构设置于预判的火箭着陆区域上方，可在预判的火箭着陆区域内移动，而对进入着陆区域内的火箭进行动态追踪；主动捕获机构设置于动态追踪机构上；被捕获机构设置于火箭箭体上，用于与主动捕获机构连接或断开连接。该系统的实际可着陆区域比传统回收方案大，对火箭控制精度要求较低，回收时间窗口比较长，有足够多的时间调整主动捕获机构以及调整火箭的运行姿态，可降低失误概率，对火箭箭体结构的附加改动较小，可有效提高火箭运载效率。技术研发人员：叶全红,刘百奇,刘建设,孙鹏军受保护的技术使用者：北京星河动力装备科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2