太空運(yùn)載火箭海上著陸及相關(guān)的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】太空運(yùn)載火箭海上著陸及相關(guān)的系統(tǒng)和方法
[0001]對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的奪互引用
[0002]此申請(qǐng)要求2009年6月17日遞交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/218,029,專(zhuān)利名稱(chēng)為“太空運(yùn)載火箭海上著陸及相關(guān)的系統(tǒng)和方法，包括途中運(yùn)載火箭翻新”以及2009年6月15日遞交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/187, 243,專(zhuān)利名稱(chēng)為“太空運(yùn)載火箭海上著陸及相關(guān)的系統(tǒng)和方法”的優(yōu)先權(quán)，上述申請(qǐng)以參考方式被完整地合并于此。
[0003]本發(fā)明以參考方式完整地合并以下專(zhuān)利申請(qǐng)的主題。2009年2月24日遞交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/155, 115,專(zhuān)利名稱(chēng)為“具有可配置的張開(kāi)表面的火箭和相關(guān)的系統(tǒng)和方法”，2010年2月24日遞交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)12/712, 156,專(zhuān)利名稱(chēng)為“具有固定的和可配置的減速表面的運(yùn)載火箭，和/或合適的油箱，及相關(guān)的系統(tǒng)和方法”，2009年6月15日遞交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/187, 268,專(zhuān)利名稱(chēng)為“適用于高速運(yùn)載火箭的雙向控制面及相關(guān)的系統(tǒng)和方法”，以及2010年2月24日遞交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)12/712, 083,專(zhuān)利名稱(chēng)為“適用于高速運(yùn)載火箭的雙向控制面及相關(guān)的系統(tǒng)和方法”。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明一般涉及太空運(yùn)載火箭領(lǐng)域，尤其涉及在海上著陸太空運(yùn)載火箭的系統(tǒng)和方法，和/或從著陸點(diǎn)開(kāi)始的途中翻新這種航天器。
【背景技術(shù)】
[0005]用于將人類(lèi)和非人類(lèi)的有效載荷送入太空的火箭動(dòng)力的運(yùn)載火箭已使用多年?；鸺龑⒌谝粋€(gè)人類(lèi)送到月球，并發(fā)射多顆衛(wèi)星進(jìn)入地球軌道，進(jìn)行無(wú)人太空探測(cè)，發(fā)送物資和人員至國(guó)際軌道空間站
[0006]盡管載人和無(wú)人太空飛行迅速發(fā)展，但是運(yùn)送宇航員、衛(wèi)星和其它有效載荷進(jìn)入太空仍然是昂貴的投入。原因之一是最傳統(tǒng)的運(yùn)載火箭只使用一次，因此被稱(chēng)為“消耗運(yùn)載火箭”或"ELVs"?？芍貜?fù)使用運(yùn)載火箭(RLVs)的優(yōu)點(diǎn)，包括提供低成本進(jìn)入太空的潛力。
[〇〇〇7]雖然美國(guó)宇航局的航天飛機(jī)主要是可重復(fù)使用的，翻新可重復(fù)使用的組件是一個(gè)昂貴和費(fèi)時(shí)的過(guò)程，需要大量的地面基礎(chǔ)設(shè)施。此外，再入和著陸所需的額外的穿梭系統(tǒng)將減少航天飛機(jī)的有效載荷能力。由于商業(yè)壓力的增加，需要保持較人類(lèi)和非人類(lèi)的有效載荷以較低成本進(jìn)入太空。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是展示根據(jù)公開(kāi)的實(shí)施例太空運(yùn)載火箭著陸在航海平臺(tái)上的任務(wù)剖面的原理圖。
[0009]圖2是說(shuō)明根據(jù)公開(kāi)的實(shí)施例從陸基或其他發(fā)射場(chǎng)發(fā)射太空運(yùn)載火箭和在航海平臺(tái)上著陸太空運(yùn)載火箭的常規(guī)的流程圖。
[0010]具體說(shuō)明
[0011]本發(fā)明公開(kāi)的某些方面，一般針對(duì)可重復(fù)使用運(yùn)載火箭在航海平臺(tái)上的垂直動(dòng)力著陸及其相關(guān)的系統(tǒng)和方法。公開(kāi)的其他方面涉及到從海基或其他著陸地點(diǎn)的途中翻新可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭。載于下面說(shuō)明中的某些細(xì)節(jié)和圖1及圖2提供公開(kāi)的各種實(shí)施例的透徹理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)為，具有不同配置、安排和/或組件的其他實(shí)施例不具備下文所述的一些細(xì)節(jié)也可能被實(shí)現(xiàn)。尤其是，公開(kāi)的其他實(shí)施例可能包括額外的元素，或可能缺少一個(gè)或多個(gè)下面描述的參考圖1和2的元素或功能。此外，眾所周知并常與太空運(yùn)載火箭和發(fā)射及降落太空運(yùn)載火箭相聯(lián)系的描述結(jié)構(gòu)和過(guò)程的多個(gè)細(xì)節(jié)沒(méi)有載于下述說(shuō)明中以避免對(duì)于公開(kāi)的各種實(shí)施例的不必要的模糊。
[0012]在圖中，相同的參考編號(hào)識(shí)別相同或至少大致相同的元素。為方便討論任何特定元素，最重要的數(shù)字或任何參考編號(hào)的數(shù)字是指在該元素在圖中被首次介紹的數(shù)字。例如，元素110在參考圖1被第一次介紹并討論。
[0013]太空運(yùn)載火箭通常是從沿海發(fā)射場(chǎng)沿飛行通道被發(fā)射，飛行通道用許多它們的軌道送它們沖出海洋上空。這個(gè)軌到可以避免公眾暴露在與火箭飛越相關(guān)的潛在危險(xiǎn)中，以及使得助推級(jí)落入水中。然而，因?yàn)橐恍┰?，水上降落使得助推?jí)重新使用花費(fèi)昂貴且困難。例如，海水對(duì)于火箭部件是很有腐蝕性的。此外，許多火箭部件在使用中變得非常熱，并且這些非常熱的部件在冰冷的海上中冷卻會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂和其它形式的損壞。在降落入水后用降落傘回收與重用固體火箭級(jí)是可行的，因?yàn)楣腆w火箭引擎在燃燒后只不過(guò)是一個(gè)空殼。然而，液體燃料火箭級(jí)是分寸復(fù)雜的。因此，很少重復(fù)使用降落入水的任何液體燃料火
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[0014]在陸地上降落助推級(jí)的概念系存在的。這些概念包括水平地降落助推級(jí)，就像飛機(jī)一樣，或垂直地，在自身重力下或通過(guò)降落傘或其它手段。然而，所有的這些方法，限制操作靈活性，因?yàn)樗鼈冃枰獙?duì)應(yīng)于每一發(fā)射方位角的地面著陸點(diǎn)和潛在靶區(qū)著陸區(qū)。
[0015]其他的概念已經(jīng)提出了助推級(jí)在從上級(jí)分離后重新啟動(dòng)火箭引擎，然后飛回發(fā)射場(chǎng)。一旦回到發(fā)射場(chǎng)，助推級(jí)要么在跑道上執(zhí)行水平著陸要么通過(guò)動(dòng)力或其它方式例如降落傘執(zhí)行垂直著陸。然而，所有的這些方法都減少軌道的有效載荷能力，因?yàn)樗鼈円蠡鸺龜y帶大量推進(jìn)劑負(fù)載用以執(zhí)行回飛的動(dòng)作。
[0016]圖1展示了根據(jù)公開(kāi)實(shí)施例中可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭執(zhí)行垂直動(dòng)力降落在航海平臺(tái)上的飛行剖面原理圖。在所示的實(shí)施例中，多級(jí)軌道運(yùn)載火箭100包括第一或助推級(jí)110和第二或上一級(jí)130。助推級(jí)110包括級(jí)間結(jié)構(gòu)，級(jí)間結(jié)構(gòu)包含配置氣動(dòng)表面120以及一個(gè)或多個(gè)火箭引擎116，配置氣動(dòng)表面120位于朝向前端114的位置，火箭引擎116位于朝向尾端112的位置?；鸺?16可以包括，例如，液體燃料火箭引擎如液體氧氣/氫引擎、液體氧氣/煤或者油或者RP — 1引擎，等等。在其它實(shí)施例中，火箭引擎116可以包括固體推進(jìn)劑。如在下文中更詳細(xì)的描述，助推級(jí)110的尾端112可以包括多個(gè)可移動(dòng)控制面118 (分別定義為控制面118a、118b、118c，等等)用于控制助推級(jí)110的上升和下降軌道。
[0017]雖然在所示實(shí)施例中，上一級(jí)130堆放在助推級(jí)110的上面，在其它實(shí)施例中，運(yùn)載火箭100及其變化在沒(méi)有超出本發(fā)明精神或范圍下可以有其他配置。例如，在一個(gè)實(shí)施例中上一級(jí)130和助推級(jí)110在使用合適的分離系統(tǒng)的上升過(guò)程中可以被并行安置且彼此相連。在另一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)或更多的助推級(jí)110或其變化可以環(huán)繞上一級(jí)130以“捆綁式”型配置進(jìn)行安裝。因此，本發(fā)明并不限于圖1所示的特定的運(yùn)載火箭的配置。
[0018]在所示實(shí)施例中，運(yùn)載火箭100從沿?；蚱渌懟l(fā)射場(chǎng)140起飛，然后旋轉(zhuǎn)沖出越過(guò)海洋102。本實(shí)施例的一個(gè)方面，航海平臺(tái)150包括廣播電臺(tái)152用于實(shí)時(shí)與運(yùn)載火箭100溝通其位置。這個(gè)信息允許運(yùn)載火箭100和/或助推級(jí)110持續(xù)檢查和/或調(diào)整其對(duì)于目標(biāo)平臺(tái)150的飛行路徑。如果150平臺(tái)是一個(gè)自由漂流的船舶，150平臺(tái)也包括一個(gè)平臺(tái)位置預(yù)測(cè)器(例如，一個(gè)合適的處理設(shè)備，存儲(chǔ)器，以及相關(guān)的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令)可根據(jù)現(xiàn)有的各種條件，如海洋流強(qiáng)度和方向，風(fēng)的強(qiáng)度和