国外运载火箭可重复使用关键技术综述冯韶伟1,马忠辉1,吴义田1,栾宇1,王月2（1.北京宇航系统工程研究所，北京，100076；2.中国运载火箭技术研究院，北京，100076）摘要：运载器的可重复使用是未来航天运输系统的主要发展方向，具有重要的应用价值。可重复使用运载火箭能够有效降低发射成本，但也会遇到许多技术难题。针对Falcon9火箭的研制情况，分析国外多级入轨可重复使用火箭发展历程，分析研究实现可重复使用运载火箭所需要解决的关键技术难题，为新型航天运输系统的发展提供参考。关键词：可重复使用运载火箭；着陆器；防热结构；可重复使用发动机；运载能力中图分类号：V475文献标识码：ASurveyandReviewonKeyTechnologiesofReusableLaunchVehicleAbroadFengShao-wei1,MaZhong-hui1,WuYi-tian1,LuanYu1,WangYue2(1.BeijingInstituteofAerospaceSystemsEngineering,Beijing,100076;2.ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology,Beijing,100076)Abstract:Thereusablelaunchvehicleisamaindevelopmenttendencyofspacetransportationsystem.Althoughthereusablelaunchvehiclecanreducethelaunchingcost,itwillencounteragreatdealoftechnicalproblems.Inthispaper,basedontheexperimentsofFalcon9,andanalyzingtheprojectoftheTSTOreusablelaunchvehicleabroad,thecriticaltechnologieswillberesearchedandtheresultswillprovidereferencesfortheresearchofnewtypeofspacetransportationsystems.KeyWords:Reusablelaunchvehicle;SpaceLander;Thermalprotectionstructure;Reusablerocketmotor,Launchingcapacity代可重复使用运载器退出历史舞台[5]。除了航天飞机外，目前所有的航天运载器都是以运载火箭为代表的一次性使用运载器，若运载火箭能像航天飞机一样实现可重复使用，通过控制可重复使用的关键技术，势必会降低火箭发射的成本。因此运载火箭的可重复使用技术目前成为国际航天重点研究方向之一。美国基斯特勒宇航公司（Kistler）的K-1[6]、空间探索技术公司（SpaceX）的Falcon9[7]火箭先后开始研制基于多级入轨的完全可重复使用运载火箭。可重复使用运载火箭的关键技术包括：先进的制导导航与控制技术、气动设计、返回着陆系统设计、结构/热防护技术、主发动机可重复使用技术以及运载能力设计等。本文将基于国外可重复使用运载火箭方案，对关键技术进行研究，分析解决技术难题的途径，阐述实现运载火箭可重复使用的可能性。0引言可重复使用运载器（Reusablelaunchvehicle，RLV）是指能够在地球表面与太空之间重复往返的多用途飞行器[1]，通过提高自身的可靠性，实现快速、可靠、安全发射。RLV根据费用均摊的原则，有效降低单位有效载荷的发射成本，因此研制RLV一直是航天领域关注的热点[2]。1981年，美国哥伦比亚号航天飞机成功实现首飞，成为第1代RLV，其后各航天大国陆续开展了RLV的研究论证工作及试验机验证计划[3]，并在一些关键技术方面取得了辉煌的成就。但航天飞机的技术难度较高，风险较大，许多方面远未达到设计目标和成本控制的要求。由于返回地面后需要进行大规模的维修工作，因此每次发射费用高达4~5亿美元，远高于预期的3000万美元，另外长时间的维修严重降低了发射频率，每年仅能进行5~6次发射（预期每1~2周便可进行1国外可重复使用运载火箭概述可重复使用运载火箭可分为部分重复使用和完全收稿日期：2013-04-09；修回日期：2014-09-12作者简介：冯韶伟（1986-），男，工程师，研究方向为航天器结构设计第5期冯韶伟等国外运载火箭可重复使用关键技术综述83重复使用两大类，显然后者的发射成本更低，是更加理想的航天运输工具，也是未来运载火箭的重要发展方向之一[8]。实现运载火箭完全重复使用包括单级入轨和多级入轨两种方案。研究表明，实现单级入轨，运载器的净重不能超过起飞质量的11%[9]，而目前运载火箭的净重占比高达30%~50%，即使航天飞机才达到16%，因此实现的技术风险较高，需要投入更高的资金；而多级入轨方案可沿用现有成熟技术，研制风险较小，其中以美国的K-1和Falcon9运载火箭最具代表性。1.1K-1运载火箭K-1是一种完全重复使用的两级运载火箭，...