4月2日,印度ISRO的可重复使用航天飞机RLV-LEX缩比原型机自主着陆试飞成功,现场一片欢呼,媒体上也是充斥着赞美之词,笔者看完了整个视频,发现存在的问题不少。

印度飞机坠落最新消息(致命侧滑差点坠毁)(1)

致命侧滑差点坠毁:问题不止于此

据ISRO(印度空间研究组织)的的一份声明,印度空间研究组织与IAF和DRDO在位于卡纳塔克邦奇特拉杜尔加的航空试验场(ATR)成功展示了可重复使用的RLV LEX精确着陆实验。

RLV LEX被一架IAF的Chinook直升机带到了4500米高度,在满足ISRO设定的10个参数(包括位置、速度、高度与自身速率)后被释放自由落体,在下落过程中逐渐加速,姿态从下坠变成滑翔,最终以一个比较大迎角的姿态降落在了跑道上,试验获得圆满成功。

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据印媒报道,这是RLV LEX的五项任务测试中的第二项(第一次任务已经于2016年的RLV-TD(HEX)任务中完成),这是ISRO开发RLV航天飞机项目中的必要步骤,ISRO表示这是全球首次以这种方式完成的任务。

ISRO主席S Somanath对RLV团队的努力表示感谢,并表示这是一次完美的着陆,有了这个任务的成功,ISRO开发可重复利用运载飞行器又进了一步,他认为ISRO不久后将能实现很久以前确定的目标。

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印度航天部长吉腾德拉辛格也对这项任务表示赞赏。“ISRO 团队的重大新突破!卡纳塔克邦 Chitra Durga 航空站今天见证了奇迹”,印度总理伦纳德拉·莫迪也称赞了这项任务,表示这是一个伟大团队的努力,印度航天重复使用取得重大进展。

吹捧背后的逻辑:问题挺严重的

首先我们来了解下ISRO说的首次任务,无论是这种飞行器(已有X-37B和追梦者以及中国的神龙空天飞机),还是这种模式(直升飞机起升后自由落体加速然后自主着陆)都已经有先例,不知道ISRO所说的首次到底是啥意思,难道是全球首次在印度国土上进行这类测试?

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另一个问题就不是各种修饰词上问题了,而是RLV LEX实际测试中遭遇的问题,笔者统计了下,问题主要集中如下两个方面:

笔者把ISRO官网上的视频下载了,各位有兴趣可以仔细看一下降落的过程:

同时附上两个动作的GIF截图,这是拍落跑道的动图,请各位仔细看:

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可以看到后轮在着地后前轮很快就落在在跑道上,完全没有滑行低头的缓冲时间,造成这个问题的原因有两个,一个是着陆迎角没有控制好,速度与迎角不匹配,后轮着陆时速度已经下降到无法提供足够升力(失速),造成机头升力不足,直接拍在跑道上。

另一个则是气动设计或者气动翼面控制问题,着陆速度下气动升力已经不足,前者是设计上的问题,RLV LEX的设计师需要好好找下问题,另一个是气动翼面控制问题,这个就是属于飞控组的任务了,不知道是传感器给的数据错误还是气动翼面控制比率存在问题。

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这个问题是侧滑,在切伞后这架测试飞行器出现了严重的摆尾动作,此时速度已经降至很低,如果在高速下可能是倾斜垂尾的方向舵控制问题,但此时速度已经不高,因此可能的问题在起落架或者跑道上。

跑道如果不平也会出现这种问题,但这是印度著名的航天测试场,不可能是跑道问题,剩下的只能是起落架强度不足,各位应该发现了这架测试飞行器的起落架长度出乎意料的长,一般高起落架是避免发动机吸入地面杂物,或者避免螺旋桨触地而设计高起落架,比如俄罗斯的图-95轰炸机。

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还有一个原因是避免高迎角降落尾部触地,从RLV LEX的大迎角降落模式来看,这个可能性也不能排除,还有一个高起落架的原因可能是根本就不是这架飞行器的起落架,是另一种测试飞行器上拆下来给其使用的,印度人干这种事情也是有可能的。

无论是哪种原因,起落架过长导致强度不足这个问题是很有可能的,在失去尾部减速伞的方向维持后,起落架出现“共振”导致侧滑可能性很大,所幸速度已经很低,并没有导致非常严重的问题,ISRO也算是万幸!

自主着陆成功:距离成功还有多少路要走?

RLV-LEX是印度庞大的可重复使用飞行器计划一部分,整个计划主要分为五步:

有点不太理解印度人的脑回路,看这个测试规划,印度人好大喜功的德行彻底暴露,正常行为来看,LEX着陆实验成功的飞行器,可以继续测试HEX高超音速飞行,但印度人是反过来的,先高超音速实验宣布成功,然后再着陆实验,这就导致第一次测试的飞行器坠入孟加拉湾,飞行器彻底解体,连渣渣都不剩!

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2016年5月23日,可重复使用的运载火箭技术演示器”(RLV-TD)被一枚HS9助推器改造的火箭在Sriharikota的Satish Dhawan航天中心发射升空,最高达到了65千米的高度后“再入”,最高速度为5马赫,飞行距离为450千米,最终落入了孟加拉湾,在撞击中被摧毁,ISRO没有打算回收该航天器。

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ISRO称该飞行器的自主导航、制导与控制、可重复使用的热保护系统和下降任务管理等技术已成功验证,测试圆满成功,但笔者要说明一下的事,这才5马赫,热防护技术真取得成功了?

距离返回测试还有多远?

作为再入返回飞行器,飞行过程会经历再入大气层的完整历程,也就是从7.8千米/秒的速度再入大气层,这个条件是亚轨道测试无法实现的,比如印度的载人飞船Gaganyaan(加甘扬)在2014年12月18日进行的测试高度达到了126千米,已经过了卡门线,进入了太空。

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但再入速度却达不到要求,这种抛物线飞行速度是比较低的,目测最多也就3~4千米/秒,完全无法模拟第一宇宙速度再入时的速度,飞船防热瓦设计也达不到第一宇宙速度再入的要求。可能有朋友会认为印度洲际导弹也已经实现了弹头高速再入,但事实上即使是洲际导弹的再入速度也达不到第一宇宙速度,因此在这里是印度飞船再入的一个大坑。

另一个问题是飞船属于半弹道再入,而印度版航天飞机则是升力再入,两者再入的轨迹曲线不一样,前者速度高但时间短,后者速度高、时间还长,这个绝对是考验防热瓦的重要时刻。

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还有则是再入过程中的姿态控制,飞船会利用钟形会在锥形大底来控制在大气层中的升力,而飞行器则是利用底部在大气层中的迎角来给飞行器减速,两者控制率完全不一样,印度需要在这个上面下点苦功。

至于后续的高超音的超燃冲压发动机测试,估计就更遥远了,这个遥遥领先的中美时间表都定在了2030年之后,印度这薄弱的基础,想要在高超音速发动机上有所突破的话还需要持续努力。

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不过笔者在这里提醒下各位,印度作为南亚大国,有大量人口基数,也有发展航天的意愿,同时还有庞大的经济作为支撑,按印度人的尿性,在航天上试错成本可能会相当高,但成功也只是一个时间问题,对他们定下的目标可以尽情嘲笑,但对于他们的努力却要认真对待,切不可麻痹大意了。

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