太空運載火箭海上著陸及相關(guān)的系統(tǒng)和方法
【專利說明】太空運載火箭海上著陸及相關(guān)的系統(tǒng)和方法
[0001]對相關(guān)申請的奪互引用
[0002]此申請要求2009年6月17日遞交的美國臨時申請61/218,029,專利名稱為“太空運載火箭海上著陸及相關(guān)的系統(tǒng)和方法，包括途中運載火箭翻新”以及2009年6月15日遞交的美國臨時申請61/187, 243,專利名稱為“太空運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利申請的主題。2009年2月24日遞交的美國臨時申請61/155, 115,專利名稱為“具有可配置的張開表面的火箭和相關(guān)的系統(tǒng)和方法”，2010年2月24日遞交的美國非臨時申請12/712, 156,專利名稱為“具有固定的和可配置的減速表面的運載火箭，和/或合適的油箱，及相關(guān)的系統(tǒng)和方法”，2009年6月15日遞交的美國臨時申請61/187, 268,專利名稱為“適用于高速運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日遞交的美國非臨時申請12/712, 083,專利名稱為“適用于高速運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)明一般涉及太空運載火箭領(lǐng)域，尤其涉及在海上著陸太空運載火箭的系統(tǒng)和方法，和/或從著陸點開始的途中翻新這種航天器。
【背景技術(shù)】
[0005]用于將人類和非人類的有效載荷送入太空的火箭動力的運載火箭已使用多年。火箭將第一個人類送到月球，并發(fā)射多顆衛(wèi)星進入地球軌道，進行無人太空探測，發(fā)送物資和人員至國際軌道空間站
[0006]盡管載人和無人太空飛行迅速發(fā)展，但是運送宇航員、衛(wèi)星和其它有效載荷進入太空仍然是昂貴的投入。原因之一是最傳統(tǒng)的運載火箭只使用一次，因此被稱為“消耗運載火箭”或"ELVs"?？芍貜?fù)使用運載火箭(RLVs)的優(yōu)點，包括提供低成本進入太空的潛力。
[〇〇〇7]雖然美國宇航局的航天飛機主要是可重復(fù)使用的，翻新可重復(fù)使用的組件是一個昂貴和費時的過程，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)將減少航天飛機的有效載荷能力。由于商業(yè)壓力的增加，需要保持較人類和非人類的有效載荷以較低成本進入太空。
【附圖說明】
[0008]圖1是展示根據(jù)公開的實施例太空運載火箭著陸在航海平臺上的任務(wù)剖面的原理圖。
[0009]圖2是說明根據(jù)公開的實施例從陸基或其他發(fā)射場發(fā)射太空運載火箭和在航海平臺上著陸太空運載火箭的常規(guī)的流程圖。
[0010]具體說明
[0011]本發(fā)明公開的某些方面，一般針對可重復(fù)使用運載火箭在航海平臺上的垂直動力著陸及其相關(guān)的系統(tǒng)和方法。公開的其他方面涉及到從?；蚱渌懙攸c的途中翻新可重復(fù)使用的運載火箭。載于下面說明中的某些細節(jié)和圖1及圖2提供公開的各種實施例的透徹理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將認為，具有不同配置、安排和/或組件的其他實施例不具備下文所述的一些細節(jié)也可能被實現(xiàn)。尤其是，公開的其他實施例可能包括額外的元素，或可能缺少一個或多個下面描述的參考圖1和2的元素或功能。此外，眾所周知并常與太空運載火箭和發(fā)射及降落太空運載火箭相聯(lián)系的描述結(jié)構(gòu)和過程的多個細節(jié)沒有載于下述說明中以避免對于公開的各種實施例的不必要的模糊。
[0012]在圖中，相同的參考編號識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]太空運載火箭通常是從沿海發(fā)射場沿飛行通道被發(fā)射，飛行通道用許多它們的軌道送它們沖出海洋上空。這個軌到可以避免公眾暴露在與火箭飛越相關(guān)的潛在危險中，以及使得助推級落入水中。然而，因為一些原因，水上降落使得助推級重新使用花費昂貴且困難。例如，海水對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導致開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是可行的，因為固體火箭引擎在燃燒后只不過是一個空殼。然而，液體燃料火箭級是分寸復(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的概念系存在的。這些概念包括水平地降落助推級，就像飛機一樣，或垂直地，在自身重力下或通過降落傘或其它手段。然而，所有的這些方法，限制操作靈活性，因為它們需要對應(yīng)于每一發(fā)射方位角的地面著陸點和潛在靶區(qū)著陸區(qū)。
[0015]其他的概念已經(jīng)提出了助推級在從上級分離后重新啟動火箭引擎，然后飛回發(fā)射場。一旦回到發(fā)射場，助推級要么在跑道上執(zhí)行水平著陸要么通過動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，因為它們要求火箭攜帶大量推進劑負載用以執(zhí)行回飛的動作。
[0016]圖1展示了根據(jù)公開實施例中可重復(fù)使用的運載火箭執(zhí)行垂直動力降落在航海平臺上的飛行剖面原理圖。在所示的實施例中，多級軌道運載火箭100包括第一或助推級110和第二或上一級130。助推級110包括級間結(jié)構(gòu)，級間結(jié)構(gòu)包含配置氣動表面120以及一個或多個火箭引擎116，配置氣動表面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。在其它實施例中，火箭引擎116可以包括固體推進劑。如在下文中更詳細的描述，助推級110的尾端112可以包括多個可移動控制面118 (分別定義為控制面118a、118b、118c，等等)用于控制助推級110的上升和下降軌道。
[0017]雖然在所示實施例中，上一級130堆放在助推級110的上面，在其它實施例中，運載火箭100及其變化在沒有超出本發(fā)明精神或范圍下可以有其他配置。例如，在一個實施例中上一級130和助推級110在使用合適的分離系統(tǒng)的上升過程中可以被并行安置且彼此相連。在另一個實施例中，兩個或更多的助推級110或其變化可以環(huán)繞上一級130以“捆綁式”型配置進行安裝。因此，本發(fā)明并不限于圖1所示的特定的運載火箭的配置。
[0018]在所示實施例中，運載火箭100從沿?；蚱渌懟l(fā)射場140起飛，然后旋轉(zhuǎn)沖出越過海洋102。本實施例的一個方面，航海平臺150包括廣播電臺152用于實時與運載火箭100溝通其位置。這個信息允許運載火箭100和/或助推級110持續(xù)檢查和/或調(diào)整其對于目標平臺150的飛行路徑。如果150平臺是一個自由漂流的船舶，150平臺也包括一個平臺位置預(yù)測器(例如，一個合適的處理設(shè)備，存儲器，以及相關(guān)的計算機可執(zhí)行指令)可根據(jù)現(xiàn)有的各種條件，如海洋流強度和方向，風的強度和