针对基于栅格舵和滑翔翼的两种垂直起降火箭一子级再入返回段的气动特性进行了仿真分析,得到了两种构型一子级的气动特性,分析了其流动结构特征,并研究了气动特性随马赫数(Ma)和攻角的变化规律。结果显示基于栅格舵构型的一子级轴向力系数和法向力系数随马赫数先增大后减小;基于滑翔翼构型的一子级在小攻角下轴向力系数和法向力系数在马赫数大于2后随马赫数增大而逐渐减小。通过对比可知,基于栅格舵构型一子级的静稳定性优于滑翔翼构型一子级,更适合于需要精确控制落点的重复使用任务;基于滑翔翼构型一子级的升阻比高于栅格舵构型,更适合于需要远距离滑翔的重复使用任务。

栅格舵气动控制机构是重复使用运载火箭再入返回过程的重要姿控装置。针对重复使用运载火箭的需求,结合栅格舵的几何外形特征,从工作原理、几何特征、剖面形状、前后掠等方面介绍了栅格舵设计需重点考虑的关键设计参量及其影响;结合栅格舵薄壁、复杂外形的特点和耐高温等设计需求,研究了可用于栅格舵制造的相关工艺方案及其工艺流程,从设计难度、工艺难度、产品合格率、产品精度以及成本周期等方面对各类工艺方案进行了对比分析。研究表明栅格舵设计需遵循"优先气动设计需求、保证结构设计要求、结合工艺及成本约束"的设计原则,且制造工艺的精确近净成型是实现栅格舵设计制造一体化的重要基础,对CZ-8R等重复火箭的相关设计工作具有一定指导意义。

在未来深空探测中,水冰资源的获取与转化是地外天体原位资源利用的重要环节。面向地外天体水冰资源原位利用问题,研究了含冰星壤钻取密封与水资源提取转化一体化技术,以实现水、氧、燃料等基本物资的原位补给,支撑深空探测过程关键技术的发展。首先在地面上构建了典型真空低温环境,研制了含冰星壤钻取密封与水冰光热提取利用一体化原理样机,包含星壤钻取、太阳能聚光加热、水资源冷凝与收集和氢氧光电化学合成装置4部分,并在真空低温环境下开展了原理样机试验。结果表明,该一体化技术能够实现含冰星壤的低功耗钻取,土壤输运速率>1.7 kg/h,功耗<100 W,水资源获取速率达26.6 g/h,氢氧分解的总气体产率达12.6 g/h。该研究验证了地外水冰资源提取技术原理的的可行性,同时为解决地外探索中对水氢氧等物资的生产和转化提供了技术支撑。