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万里长征第一步:印度航天飞机HEX-1飞行试验

北京时间5月23日上午9点半,印度空间研究组织自萨迪什·达万航天中心成功发射了可回收运载器技术演示验证机(RLV-TD),进行名为高超音速飞行试验(HEX)的试验。HEX-1试验中验证机从发射到溅落海面为时770秒,任务已经获得成功。这次飞行是印度研制国产可重复使用航天飞机万里长征的第一步,印度期望未来航天飞机可以大幅度降低发射成本甚至执行载人任务。

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RLV-TD发射升空

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SRE验证了再入返回防热技术

试验的推迟和拖延

据报道2001年印度空间研究组织已经提出了研制可重复使用的航天飞机计划,不过当时印度航天的重点还是普通的运载火箭和应用卫星,无法在航天飞机上投入太大精力,只能进行一系列技术研究和验证,包括2007年1月进行的SRE-1试验。SRE-1试验验证了返回舱再入返回技术,尤其是至关重要的热防护技术。SRE-1之前的2006年,印度空间研究组织已经在地面风洞中对可复用航天飞机的气动进行了一系列风洞试验和计算模拟,最终选定了类似美国X-37B航天飞机的外形,也就是我们今天看到的RLV-TD试验机。

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RLV-TD很早就进行了风洞试验,但由于飞控和防热问题,研制和试验进度不断推迟。

RLV-TD最早计划2009年进行首次飞行试验,不过由于技术问题不得不推迟。作为一个优先级较低的技术验证项目,2010年印度GSLV火箭国产氢氧发动机故障而发射失败后,大量人力物力又被抽调优先保证低温氢氧发动机的成功,更严重影响了RLV-TD的研制进度。RLV-TD研制中还增加了一项重要的“铁鸟”试验,用于模拟验证机的实际飞行状态,检验印度自行研制的导航制导和飞行控制设备的可行性和可靠性。

验证机结构上还增加了名为“热结构”的新型设计方案,这些新技术的试验都耗时耗力,也造成了RLV-TD验证机首飞的进一步推迟,印度空间研究组织不得不将原定的2013年发射推迟到2015年。屋漏偏逢连夜雨,2015年RLV-TD验证机的发射又被更受看重的天文卫星AstroSat和印度区域导航定位系统IRNSS的发射所打乱,后娘养的RLV-TD验证机只能忍痛推迟到2016年进行试验了。

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RLV-TD作为技术验证机尺寸不大,但它验证的技术却是未来研制航天飞机的基础。

试验的过程和目的

好事多磨, RLV-TD验证机到2016年5月23日才迎来了它的首次飞行试验,这也是从十年前就规划好的技术验证试验。RLV-TD飞行器长度约6.5米,质量约1.75吨,是一种外形类似X-37B的有翼飞行器,它目标是验证未来可重复使用的航天飞机的相关技术,主要是热防护和飞行控制技术。

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本次的HEX-1试验使用HS9加速,RLV-TD飞行速度只有约5马赫。

RLV-TD自身没有发动机,它使用源自PSLV火箭助推器的HS9固体火箭进行加速。HS9火箭直径1米装有约9.2吨固体推进剂,尾部安装了控制舵面,它经过91.1秒的燃烧加速后可以将RLV-TD验证机加速到约5.2马赫的速度,并在距离地面48公里处和RLV-TD分离。RLV-TD验证机飞过距离地面65公里的弹道顶点,随后转入5倍音速的高超音速的再入滑翔,这个过程中它将通过机身上的各种传感器测量高超音速滑翔中的过载、温度和压力等数据,并通过一个S波段的天线传回地面,这些宝贵的测量数据有助于研究人员评估RLV-TD的气动尤其是防热设计的有效性。

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升空中的RLV——TD

当飞行高度降低到距离地面40公里高度时,RLV-TD的气动方向舵开始生效,验证机转入制导飞行阶段,当速度进一步降低到2.5马赫之后,方向舵和升降舵联合控制,控制验证机飞向孟加拉湾预定的着陆区,最终在距离发射场450公里外的虚拟跑道上溅落。最后阶段着陆机动验证的RLV-TD精确机动进近着陆的能力,对研制跑道上降落的航天飞机具有很大价值。

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RLV-TD/HEX-1验证的一个重点就是C/C复合材料防热材料的机头锥。

印度总统穆迪高度赞赏了RLV-TD试验的成功,称这架国产航天飞机的发射是印度航天科技人员辛勤努力的结果,并就这一成功向他们表示祝贺。根据印度空间研究组织的计划,这次试验是高超音速飞行试验(HEX)项目的第一次试验,它的主要目标是验证高超音速飞行的气动设计特征,测量再入高超音速飞行诱发的过载,还有就是考核机头锥部的碳纤维复合材料防热结构的实际表现,未来印度还将进行更多的飞行试验,为研制重复使用运载器铺平道路。

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发射前的RLV-TD。印度空间研究组织还将进行着陆、再入和超燃推进试验,突破掌握低成本进度太空的技术。

未来的宏伟计划

根据印度空间研究组织的设想,未来印度还将进行着陆试验(LEX)、再入试验(REX)和超燃冲压推进试验(SPEX),其中着陆试验中将验证飞行器在陆地机场自主着陆的技术,再入试验将验证飞行器再入大气层返回的技术,而超燃冲压推进试验将验证关键的超燃冲压发动机技术,这些先进概念将成为印度未来低成本进入太空的基础。

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印度的复用运载器路线图和日本的相似,HEX-1可以看做印度的HYFLEX-J1。

印度空间研究组织的计划并非闭门造车,其实日本20年前也曾有类似的计划。日本的HOPE航天飞机计划中,先是进行轨道再入试验OREX,然后进行了高超音速飞行试验HYFLEX和自动着陆试验ALFLEX,不过计划中更进一步的HOPE-X和

HOPE航天飞机还没来得及试验,HOPE计划就取消了。(来源:腾讯太空)

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