專利名稱：太空運(yùn)載火箭海上著陸及相關(guān)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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)開始的途中翻新這種航天器。
背景技術(shù)：
用于將人類和非人類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。火箭將第一個(gè)人類送到月球，并發(fā)射多顆衛(wèi)星進(jìn)入地球軌道，進(jìn)行無人太空探測，發(fā)送物資和人員至國際軌道空間站盡管載人和無人太空飛行迅速發(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，因此被稱為“消耗運(yùn)載火箭”或"ELVs"。可重復(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。雖然美國宇航局的航天飛機(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，需要保持較人類和非人類的有效載荷以較低成本進(jìn)入太空。


圖I是展示根據(jù)公開的實(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。圖2是說明根據(jù)公開的實(shí)施例從陸基或其他發(fā)射場發(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。具體說明
本發(fā)明公開的某些方面，一般針對可重復(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。公開的其他方面涉及到從?；蚱渌懙攸c(diǎn)的途中翻新可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭。載于下面說明中的某些細(xì)節(jié)和圖I及圖2提供公開的各種實(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I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)和過程的多個(gè)細(xì)節(jié)沒有載于下述說明中以避免對于公開的各種實(shí)施例的不必要的模糊。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Iio在參考圖I被第一次介紹并討論。
太空運(yùn)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(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，以及使得助推級落入水中。然而，因?yàn)橐恍┰?，水上降落使得助推級重新使用花費(fèi)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(huì)導(dǎo)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?yàn)楣腆w火箭引擎在燃燒后只不過是一個(gè)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刖級。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(jī)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?yàn)樗鼈冃枰獙?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)。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(dòng)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(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。圖I展示了根據(jù)公開實(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，多級軌道運(yùn)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(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-I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110的上升和下降軌道。雖然在所示實(shí)施例中，上一級130堆放在助推級110的上面，在其它實(shí)施例中，運(yùn)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)或更多的助推級Iio或其變化可以環(huán)繞上一級130以“捆綁式”型配置進(jìn)行安裝。因此，本發(fā)明并不限于圖I所示的特定的運(yùn)載火箭的配置。
在所示實(shí)施例中,運(yùn)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(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110持續(xù)檢查和/或調(diào)整其對于目標(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)度和方向，目前漂移的速度和方向等自動(dòng)預(yù)測平臺(tái)150的未來位置。例如，配置平臺(tái)位置預(yù)測器以預(yù)測在運(yùn)載火箭著陸的預(yù)期時(shí)間的平臺(tái)位置。此外，廣播電臺(tái)152可以將這一信息實(shí)時(shí)的傳遞到運(yùn)載火箭100和/或助推級110，使運(yùn)載火箭100和/或助推級110可以利用這一信息來調(diào)整其飛行路徑和更好地瞄準(zhǔn)著陸位置。在高海拔的助推級引擎截止(BECO)后，助推級110從上一級130分離并沿彈道繼續(xù)。為軌道插入或其它的目的地，上一級引擎或引擎組132(例如，液體燃料引擎)可以稍后點(diǎn)燃并推動(dòng)上一級130至更高的軌道134。當(dāng)助推器級110重新進(jìn)入地球大氣層時(shí)，它重新定位以使尾端112指向運(yùn)動(dòng)的方向并向航海著陸平臺(tái)150滑動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，助推級110可以鼻子首先重新進(jìn)入大氣層，然后著陸之前重新調(diào)整到尾先的方向。另一種 實(shí)施例中，著陸火箭和/或一個(gè)合適的起落架結(jié)構(gòu)可以安裝在助推級110的前端114上，以使得助推級110可鼻子首先重新進(jìn)入大氣并以鼻先方向著陸。根據(jù)特定的發(fā)射軌道，航海平臺(tái)150可以位于從沿海發(fā)射場140的一百多公里的靶區(qū)。當(dāng)助推級110想著航海平臺(tái)150下降，助推級110可以基于從廣播電臺(tái)152接收到的平臺(tái)位置數(shù)據(jù)調(diào)整它至目標(biāo)平臺(tái)150的下降路徑。此外或可選地，航海平臺(tái)150可以包括被淹沒或部分被淹沒的推進(jìn)系統(tǒng)(例如，具有推進(jìn)器或其它推進(jìn)設(shè)備)保持平臺(tái)150在預(yù)定的位置或移動(dòng)平臺(tái)150根據(jù)需要調(diào)整在助推級軌道中的漂移和/或變化。一個(gè)或多個(gè)具有電纜船只也可以用來保持位置平臺(tái)150或移動(dòng)平臺(tái)150根據(jù)需要調(diào)整在助推級軌道中的漂移和/或變化。當(dāng)助推級110向航海平臺(tái)150下降時(shí)，助推級110可以使用在尾端112上的氣動(dòng)控制表面118和/或位于朝向前端112的位置的配置控制表面120控制它的下滑路徑。在這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)方面中，配置控制表面120可以包括氣動(dòng)表面，外觀上以例如羽毛球(shuttlecock)的形式張開或配置以在助推級110重心(CG)的船尾創(chuàng)造氣動(dòng)阻力幫助在尾先方向上穩(wěn)定助推級110。在另一個(gè)實(shí)施例中，位于朝向助推級110的尾端112位置的可移動(dòng)氣動(dòng)控制表面118包括雙向控制面，可以在當(dāng)運(yùn)載火箭100朝向前進(jìn)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的上升和當(dāng)助推級110朝向航海平臺(tái)150在船尾方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的下降期間控制助推級110的姿勢和軌道。因此，在本實(shí)施例的一個(gè)方面中，氣動(dòng)控制面118是雙向的，超音速的控制面。仍然在進(jìn)一步的實(shí)施例中，一個(gè)合適的降落傘系統(tǒng)可以從如助推級110的前端114被配置以在所有或部分的下降過程中減少和/或控制下降速度。在助推級110在平臺(tái)150之上下降到合適位置后(例如，在一些實(shí)施例中，從大約100，000英尺至大約1，000英尺或在另一些實(shí)施例中，從大約10，000英尺至3，000英尺)，它重新啟動(dòng)助推引擎116減緩其下降。助推級110稍后低速執(zhí)行垂直動(dòng)力著陸在平臺(tái)150上。例如，助推級110可以從大約每秒60英尺的下降速度減慢到大約每秒I英尺或更少，并且可以使用助推引擎116的框架降落在著陸平臺(tái)150上和/或姿態(tài)控制推進(jìn)器控制助推級110在降落期間的姿勢和/或位置。在一個(gè)實(shí)施例中，助推級110可以降落在一個(gè)合適的減震著陸架上。在另一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)目前的公開，其它著陸意味著可以采用適當(dāng)?shù)刂懼萍?10在航海平臺(tái)150上。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)噴氣引擎(未顯示)可以適當(dāng)?shù)剡B接至尾端112或者助推級110的其它部分以執(zhí)行所有或部分的垂直降落動(dòng)作。噴氣引擎可以在助推級110下降期間被啟動(dòng)，也可以結(jié)合或代替重啟助推引擎116使用。噴氣要求可能比助推引擎116更加節(jié)能高效并且結(jié)果是可為助推級110在著陸平臺(tái)150的期間提供更多懸停時(shí)間和更好的控制。在一個(gè)實(shí)施例中，噴氣要求可與合適的降落傘系統(tǒng)結(jié)合使用，在噴氣引擎啟動(dòng)前對助推級110進(jìn)行配置和減速。在一個(gè)實(shí)施例中，航海平臺(tái)150可以是用于助推級110著陸和運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)配置有合適甲板的自由浮動(dòng)的遠(yuǎn)洋駁船。在其它實(shí)施例中，平臺(tái)150可以是更多復(fù)雜船只的一部分，例如，半潛式平臺(tái)具有水下推進(jìn)器以減少或至少減少甲板運(yùn)動(dòng)并保持一個(gè)固定的或相對固定的位置。在駁船實(shí)施例中，航海平臺(tái)150可以在著陸后被拖回沿海發(fā)射場140或者其它港口以為了在使用而進(jìn)行修復(fù)和/或翻新。在一個(gè)實(shí)施例中，航海平臺(tái)150可以由拖船或其它合適的船拖回。在其它實(shí)施例中，航海平臺(tái)150可以包括它自己的推進(jìn)系統(tǒng)以將助推級110運(yùn)輸會(huì)發(fā)射場140或其它港口。目前公開的實(shí)施例相關(guān)的上述很多優(yōu)勢參考圖I。例如，通過降落在航海平臺(tái)150上重新獲得助推級110以降低發(fā)射多級軌道火箭的相關(guān)費(fèi)用。此外，通過執(zhí)行垂直動(dòng)力著陸，助推級以最大限度的減少或至少減少為再利用所必須的翻新金額的方式收回。另外，上述公開的實(shí)施例可以改進(jìn)規(guī)定運(yùn)載火箭的操作靈活性，因?yàn)楫?dāng)任務(wù)發(fā)射方位角和/或靶區(qū)著陸地點(diǎn)變化時(shí)遠(yuǎn)洋平臺(tái)150可以移動(dòng)到海洋的不同地方。而且，遠(yuǎn)洋平臺(tái)150甚至可以被轉(zhuǎn)移到世界其他地區(qū)，以支持從其他發(fā)射場(例如，其他沿海發(fā)射場)的發(fā)射。除了從沿海發(fā)射場發(fā)射，運(yùn)載火箭100也可以在遠(yuǎn)洋平臺(tái)150或船只上從海洋進(jìn)行發(fā)射以及之后著陸在遠(yuǎn)洋平臺(tái)150上的靶區(qū)。這樣的實(shí)施例對于從?；脚_(tái)的赤道發(fā)射增加載荷能力可能是有利的?？蛇x地，在其它實(shí)施例中，運(yùn)載火箭100可以從航海平臺(tái)被發(fā)射，以及之后助推級110可以通過執(zhí)行動(dòng)力垂直著陸在陸地上被收回。上述公開的實(shí)施例中通過允許助推級100最高效的飛行或者在重入大氣層并朝向平臺(tái)150飛行時(shí)至少有高效的軌跡，可以增加運(yùn)載火箭100的載荷能力。載荷能力被增加是因?yàn)樵陲w回陸基著陸場時(shí)無需助推級110保留推進(jìn)劑。此外，航海平臺(tái)150可以被設(shè)置在任何助推級110在脫離上一級130后被預(yù)定著陸的地方。在此公開的實(shí)施例也可以減少或消除與翻轉(zhuǎn)陸基著陸的助推級110的飛行軌跡相聯(lián)系的公共安全。上述實(shí)施例也解決了如何運(yùn)輸助推級110返回沿海發(fā)射場140或其它陸基翻新設(shè)施的問題。更具體地說，運(yùn)載火箭的助推級通常是非常大的，因此，運(yùn)輸完全組裝的它們會(huì)帶來后勤方面的挑戰(zhàn)和成本。如果助推級將著陸在陸地上的靶區(qū)，運(yùn)輸助推級返回發(fā)射場或其它翻新設(shè)施的問題就必須被解決，并且在陸地上運(yùn)送像助推級這么大的東西是對后勤和財(cái)政上的挑戰(zhàn)。相比之下，遠(yuǎn)洋運(yùn)輸是運(yùn)輸大型貨物的經(jīng)濟(jì)有效的手段，如長距離運(yùn)輸助推級。目前公開的航海平臺(tái)150可被拖回在發(fā)射場附近的海港和被卸載翻新并以相對低廉的價(jià)格重新利用。盡管圖I顯示了收回助推級的公開實(shí)施例，目前的公開也可應(yīng)用于精確的軌道再入運(yùn)載火箭的收回、垂直動(dòng)力降落能力。這個(gè)方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它允許航海平臺(tái)150被設(shè)置在任何海洋區(qū)域或其它適合降落再入運(yùn)載火箭的水體(例如海灣、湖等等)。此外，如果需要中止任務(wù)，世界各地的多個(gè)航海平臺(tái)可以被放置在預(yù)先確定的地點(diǎn)以提供應(yīng)急著陸區(qū)。根據(jù)公開的實(shí)施例，圖2顯示了發(fā)射和著陸太空運(yùn)載火箭的流程圖200，例如，軌道運(yùn)載火箭。在這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)方面，程序200可由參考圖I的上述運(yùn)載火箭100實(shí)現(xiàn)。在其它實(shí)施例中，程序200或其部分可以由其它類型的運(yùn)載火箭應(yīng)用，包括軌道運(yùn)載火箭、非軌道運(yùn)載火箭、深空和行星間運(yùn)載火箭等等。在塊202中，程序隨著助推級引擎點(diǎn)火并從發(fā)射場升空開始(例如，路徑發(fā)射場，如沿海發(fā)射場)。如上所述，在其它實(shí)施例中，任務(wù)可以從?；l(fā)射臺(tái)如浮動(dòng)平臺(tái)、駁船、船舶或其他船只上升空開始。在塊204中，助推級引擎在預(yù)定高度切斷。在塊206中，上一級脫離助推級并且上一級引擎被啟動(dòng)。在塊208中，助推級重新調(diào)整，遵循其與上一級分離后的彈道。更特別的是，助推 級重新調(diào)整以便它在尾先的方向行駛。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過使用配置氣動(dòng)表面(例如，喇叭表面)完成助推級的重新定位，從助推級的前端向外延伸以產(chǎn)生助推級重心船尾的阻力。在其它的實(shí)施例中，除了氣動(dòng)控制表面外還可以采用推進(jìn)器(例如火箭推進(jìn)器，如聯(lián)氨推進(jìn)器)或者以推進(jìn)器(例如火箭推進(jìn)器，如聯(lián)氨推進(jìn)器)代替氣動(dòng)控制表面，重新調(diào)整助推級。例如，如果重新調(diào)整助推級在氣動(dòng)控制面無效的太空中發(fā)生，那么推進(jìn)器可重新調(diào)整助推級。在塊210中，在運(yùn)載火箭再入地球大氣層之前或期間，氣動(dòng)阻力和/或控制表面被配置。在塊212中，助推級重新進(jìn)入大氣層并建立與航海平臺(tái)的聯(lián)系。可選地，再入大氣層之前，運(yùn)載火箭可以建立與航海平臺(tái)的聯(lián)系，或在整個(gè)飛行過程中，它可以不斷地與航海平臺(tái)聯(lián)系。在塊214中，助推級滑向或者以其它方式飛向彈道。在決策塊216中，程序決定如果助推級的下滑路徑需要進(jìn)行調(diào)整，以正確定位在航海平臺(tái)上的助推級的位置。如果沒有，繼續(xù)進(jìn)行塊220以及助推級繼續(xù)滑向航海平臺(tái)。如果必須調(diào)整下滑路徑，則繼續(xù)進(jìn)行塊218并移動(dòng)啟動(dòng)控制面板改變助推級的下滑路徑?？蛇x地，或者另外地改變助推級的下滑路徑，程序也可以使用例如與著陸平臺(tái)相連的推進(jìn)系統(tǒng)或者通過拖動(dòng)平臺(tái)調(diào)整著陸平臺(tái)的位置。調(diào)整后的滑翔路徑和/或航海平臺(tái)的位置，程序繼續(xù)進(jìn)行到?jīng)Q策塊222以確定助推級是否在航海平臺(tái)上方被適當(dāng)定位，準(zhǔn)備助推級的最后著陸。如果沒有，程序返回決策塊216并重復(fù)進(jìn)行。一旦運(yùn)載火箭在航海平臺(tái)上方的準(zhǔn)備最后著陸的合適位置，程序繼續(xù)進(jìn)行塊224并重新點(diǎn)燃助推級的引擎。在塊226中，運(yùn)載火箭執(zhí)行垂直動(dòng)力著陸在航海平臺(tái)上，飛行的部分的程序結(jié)束。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，程序200可以繼續(xù)，在塊228中，通過移動(dòng)平臺(tái)和助推級返回發(fā)射場或其它港口進(jìn)行翻新和再使用。在塊230中，助推級需要被翻新并安裝在新的運(yùn)載火箭上。程序從塊230回到塊202并為新一次的運(yùn)載重復(fù)。在個(gè)別的實(shí)施例中，航海平臺(tái)可以被以改進(jìn)或/和優(yōu)化運(yùn)載火箭的第二級分離的方式設(shè)置，例如，從發(fā)射架的方位和角度。例如，在至少一些實(shí)施例中，移動(dòng)航海平臺(tái)的能力可以擴(kuò)寬可用的從運(yùn)載火箭剩余部分分離啟動(dòng)助推級的位置的范圍，因?yàn)橹萍壍闹憟霾⒉皇窍拗频姆浅?yán)格?？刂浦萍壪陆弟壍赖哪芰梢赃M(jìn)一步擴(kuò)寬可用著陸場的范圍。
在上述任何實(shí)施例中，一旦運(yùn)載火箭著陸，所有程序包括額外步驟要快速幫助運(yùn)載服務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，運(yùn)載火箭可以被從相對較慢移動(dòng)的航海平臺(tái)運(yùn)輸至較快的船面以減少運(yùn)回發(fā)射場的事件。除了或代替轉(zhuǎn)移，可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭在它從著陸場到發(fā)射場的途中可以被翻新。在海上收回運(yùn)載火箭的環(huán)境下，兩方面的特征將在下面被進(jìn)一步描述。在其它實(shí)施例中，這些特征的特別的方面(例如，從著陸場的途中翻新運(yùn)載火箭)，可能應(yīng)用于其它收回安排，包括陸基回收。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，在運(yùn)載火箭降落在遠(yuǎn)航海平臺(tái)之后和在前處理人員接近運(yùn)載火箭之前，運(yùn)載火箭(例如，第一個(gè)級可重復(fù)使用助推系統(tǒng)或RBS)被立即地和/或自主地進(jìn)入安全狀態(tài)。自主的安全活動(dòng)可以包括釋放推進(jìn)劑儲(chǔ)罐和加壓瓶以及縮回任何氣動(dòng)表面。然后運(yùn)載火箭可以被轉(zhuǎn)移到一個(gè)單獨(dú)的，較小的船舶以快速返回到沿海發(fā)射場或轉(zhuǎn)移場。在另一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)載火箭可以固定在航海平臺(tái)的甲板上，該平臺(tái)可以在自身的推 力下被拖回或移回到沿海發(fā)射場或轉(zhuǎn)移場。在這兩種情況下，為返回到發(fā)射場的運(yùn)載火箭處理設(shè)施，無論是在遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)拇怪被蛩轿恢?，運(yùn)載火箭可以通過海洋起重機(jī)移動(dòng)(或其他合適的設(shè)備)以固定運(yùn)載火箭，以及在碼頭被卸載到卡車上。當(dāng)在途中時(shí)以及在運(yùn)載火箭處理設(shè)施上，運(yùn)載火箭可以被處理用于下一次運(yùn)載。通常發(fā)生在發(fā)射前的歸航活動(dòng)可能包括維修項(xiàng)目(如有)，清洗，推進(jìn)瓶充電，電池充電，如果需要翻新防護(hù)系統(tǒng)材料，和/或氣動(dòng)功能、航空電子設(shè)備和液壓子系統(tǒng)測試。途中或在運(yùn)載火箭處理設(shè)施，運(yùn)載火箭可以被連接到可消耗的上一級，它可以預(yù)先與有效載荷和有效載荷整流罩整合。在其它例子中，運(yùn)載火箭可以被直接連到載荷模塊。每隔一段時(shí)間，如發(fā)動(dòng)機(jī)大修的主要維修活動(dòng)也可進(jìn)行。在上述處理活動(dòng)中，如果整個(gè)系統(tǒng)包括單個(gè)航海平臺(tái)，它是用來運(yùn)輸運(yùn)載火箭返回到沿海發(fā)射場，那么在卸載運(yùn)載火箭后，平臺(tái)可以在著陸區(qū)重新調(diào)整后，當(dāng)?shù)谝惠v運(yùn)載火箭在被運(yùn)回發(fā)射場的途中時(shí)，準(zhǔn)備降落第二輛運(yùn)載火箭。如果整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)航海平臺(tái)那么一個(gè)航海平臺(tái)可以留在航班之間的著陸區(qū)域內(nèi)而另一個(gè)返回沿海。仍在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)可以包括兩輛運(yùn)載火箭，一個(gè)航海著陸平臺(tái)，以及單獨(dú)的船只將運(yùn)載火箭從平臺(tái)運(yùn)輸?shù)桨l(fā)射場，也允許一個(gè)著陸平臺(tái)在航班之間留在著陸區(qū)。在個(gè)別的實(shí)施例中，單獨(dú)的船只可以包括遠(yuǎn)洋船只或空降船只。在上述任何實(shí)施例中，翻新過程的任何合適的方面可以進(jìn)行，當(dāng)運(yùn)載火箭在運(yùn)輸 過程中，提供的，例如，在海洋環(huán)境中，這一進(jìn)程可能會(huì)成功地進(jìn)行并與后續(xù)程序按正確排序排好。從上述情況，它將會(huì)被認(rèn)為，在此描述的本發(fā)明的具體實(shí)施例是為說明目的，但是在不偏離發(fā)明精神和各實(shí)施例范圍下，可以作出各種修改。例如，雖然目前公開的各種上述實(shí)施例，在海上降落運(yùn)載火箭的情況下，在其他實(shí)施例中，已被描述的系統(tǒng)和方法可用于降落運(yùn)載火箭在其它水體中包括，例如，湖泊、海溝、海灣、海洋，甚至可能是一條大河。進(jìn)一步地，與上述公開的一些實(shí)施例相聯(lián)系的優(yōu)勢，在那些實(shí)施例的背景下，其他實(shí)施例可能也表現(xiàn)出這樣的優(yōu)勢，并不是所有的實(shí)施例需要一定表現(xiàn)出這種優(yōu)勢以屬于本發(fā)明的范圍。因此，除了附加的權(quán)利要求外，本發(fā)明不受限制。
權(quán)利要求
1.一種操作太空運(yùn)載火箭的方法，該方法包括 從地球上發(fā)射運(yùn)載火箭； 在水體中定位著陸結(jié)構(gòu)；以及 在水體中的著陸結(jié)構(gòu)上著陸太空運(yùn)載火箭。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中從地球上發(fā)射運(yùn)載火箭包括從地面上的發(fā)射場發(fā)射運(yùn)載火箭。。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中著陸太空運(yùn)載火箭包括運(yùn)載火箭垂直降落在水體中的浮動(dòng)平臺(tái)上。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中發(fā)射運(yùn)載火箭包括點(diǎn)燃助推級上的一或多個(gè)火箭引擎，其中著陸太空運(yùn)載火箭包括助推級垂直降落在水體中的著陸結(jié)構(gòu)上。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中發(fā)射太空運(yùn)載火箭包括在鼻先方向發(fā)射運(yùn)載火箭，并且其中方法進(jìn)一步包括在發(fā)射后重新調(diào)整太空運(yùn)載火箭至尾先方向，其中著陸太空運(yùn)載火箭包括在尾先方向上垂直降落太空運(yùn)載火箭在著陸結(jié)構(gòu)上。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中發(fā)射運(yùn)載火箭包括在鼻先方向發(fā)射運(yùn)載火箭，以及其中方法進(jìn)一步包括在運(yùn)載火箭發(fā)射后，重新調(diào)整運(yùn)載火箭至尾先方向，著陸太空運(yùn)載火箭包括在尾先方向上垂直著陸運(yùn)載火箭在著陸結(jié)構(gòu)上，同時(shí)在尾先方向上提供來自一或多個(gè)運(yùn)載火箭引擎時(shí)的推進(jìn)力。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括重新利用至少部分的太空運(yùn)載火箭。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括 運(yùn)輸著陸結(jié)構(gòu)上的運(yùn)載火箭至翻新設(shè)施； 在翻新設(shè)施上翻新至少部分的太空運(yùn)載火箭；以及 在翻新后，重新利用至少部分的太空運(yùn)載火箭。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)著陸結(jié)構(gòu)留在水體中接收后續(xù)的運(yùn)載火箭的時(shí)候，從著陸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移運(yùn)載火箭的可重新使用的部分至運(yùn)輸船只。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其中運(yùn)載火箭包括由上一級攜帶的有效載荷，上一級安裝到助推級上，其中從地面發(fā)射運(yùn)載火箭包括點(diǎn)燃助推級上的火一或多個(gè)箭引擎，從陸地上的發(fā)射場在鼻先方向發(fā)射運(yùn)載火箭，其中著陸運(yùn)載火箭包括著陸運(yùn)載火箭在水體中的著陸平臺(tái)上，且其中所述方法進(jìn)一步包括 關(guān)閉在助推級上的一或多個(gè)火箭引擎； 在預(yù)定高度從助推級上分離上一級； 重新調(diào)整的助推級至尾先方向； 接收來自著陸平臺(tái)的位置信息以及基于位置信息控制助推級的軌跡是在尾先方向上朝向著陸平臺(tái)移動(dòng)；以及 在著陸前重燃助推級上的一或多個(gè)火箭引擎，其中著陸運(yùn)載火箭包括垂直著陸助推級在水體中的平臺(tái)上，同時(shí)提供來自于一或多個(gè)火箭引擎重燃產(chǎn)生的推進(jìn)力。
11.一種運(yùn)輸載荷至太空的方法，所述方法包括 聯(lián)結(jié)載荷至火箭上的助推級，助推級具有從尾端部位間隔開的前端部位； 在水體中定位浮動(dòng)平臺(tái)； 點(diǎn)燃一個(gè)或多個(gè)被設(shè)置朝向助推級尾端部位的火箭引擎并在鼻先方向朝向太空發(fā)射火箭； 從助推級分離載荷； 分離后，重新調(diào)整的助推級從鼻先方向至尾先方向； 在尾先方向著陸助推級到浮動(dòng)平臺(tái)上，
12.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括 在重新調(diào)整助推級從鼻先方向至尾先方向之前，關(guān)閉一或多個(gè)被設(shè)置朝向助推級尾端部位的火箭引擎；以及 重新調(diào)整的的助推級后，重燃一或多個(gè)被設(shè)置朝向助推級尾端部位的火箭引擎以使助推級減速，其中著陸助推級包括實(shí)現(xiàn)助推級動(dòng)力垂直地著陸在平臺(tái)上。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括 關(guān)閉一或多個(gè)火箭引擎并沿彈道飛行，以及配置助推器級上的氣動(dòng)控制面以便重新調(diào)整助推級從鼻先方向至尾先方向。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括 關(guān)閉一或多個(gè)火箭引擎并沿彈道飛行，以及配置助推器級前端部位上的一或多個(gè)開展控制面以便重新調(diào)整助推級從鼻先方向至尾先方向。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括 關(guān)閉一或多個(gè)火箭引擎；以及 操作一或多個(gè)連接至助推級的推進(jìn)器以便重新調(diào)整助推級從鼻先方向至尾先方向。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括 在從助推級分離載荷后，關(guān)閉一或多個(gè)火箭引擎； 基于從平臺(tái)上收到的平臺(tái)位置信息，移動(dòng)助推器舞臺(tái)上的氣動(dòng)控制面以至少部分控制助推級的飛行路徑朝向平臺(tái)； 移動(dòng)助推級上的氣動(dòng)控制面以至少部分重新調(diào)整助推級從鼻先方向至尾先方向；以及重新調(diào)整助推級后，重燃一或多個(gè)被設(shè)置朝向助推級尾端部位的火箭引擎，其中著陸助推級包括實(shí)現(xiàn)助推級動(dòng)力垂直地著陸在平臺(tái)上。
17.一種提供進(jìn)入太空的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 太空運(yùn)載火箭； 發(fā)射場； 從發(fā)射場首次發(fā)射運(yùn)載火箭的裝置； 在水體中的結(jié)構(gòu)上著陸至少部分運(yùn)載火箭的裝置； 從發(fā)射場第二次發(fā)射至少部分運(yùn)載火箭的裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中用于著陸的裝置包括垂直著陸至少部分運(yùn)載火箭在浮動(dòng)平臺(tái)上的裝置。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中用于發(fā)射的裝置包括在鼻先方向發(fā)射運(yùn)載火箭的裝置，其中系統(tǒng)進(jìn)一步包括在著陸之前重新調(diào)整運(yùn)載火箭從鼻先的方形至尾先方向，以及其中該著陸裝置包括在尾先的方向上著陸。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中太空運(yùn)載火箭包括一個(gè)或多個(gè)火箭引擎，其中發(fā)射的裝置包括點(diǎn)燃火箭引擎并在鼻先方向發(fā)射運(yùn)載火箭的裝置，以及其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括關(guān)閉火箭引擎的裝置； 在著陸前重新調(diào)整運(yùn)載 火箭從鼻先方向至尾先方向的裝置；以及當(dāng)運(yùn)載火箭在尾先方向是重燃一個(gè)或多個(gè)火箭引擎以使運(yùn)載火箭減少的裝置，其中著陸裝置包括在一或多個(gè)火箭引擎被推進(jìn)時(shí)，在尾先方向上著陸的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在海洋中或其它水體中的平臺(tái)上著陸和重新恢復(fù)助推級和/或其它其中部分的系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，可重復(fù)使用的太空運(yùn)載火箭被從沿海發(fā)射場在水體上方的軌道中發(fā)射。在助推引擎關(guān)閉且上一級分離后，助推級在尾先方向上重入地球大氣層。助推級之后被重啟并且助推級實(shí)現(xiàn)垂直動(dòng)力降落在預(yù)先定位的航海平臺(tái)的甲板上。在一個(gè)實(shí)施例中，雙向氣動(dòng)控制面控制助推級的軌跡，穿過地球大氣層朝向航海平臺(tái)下滑。航海平臺(tái)可以向助推級實(shí)時(shí)廣播出其位置，以使得助推級可以彌補(bǔ)由于洋流漂移和/或其他因素帶來的航海平臺(tái)的位置誤差。著陸后，航海平臺(tái)可以被，例如，拖船拖回或其可利用自身推進(jìn)系統(tǒng)，將助推級運(yùn)回沿海發(fā)射場或其它場地用于再調(diào)整和再利用。在另一個(gè)實(shí)施例中，助推級可以被轉(zhuǎn)移至另一個(gè)船只用于運(yùn)輸。在仍進(jìn)一步的實(shí)施例中，在從海上或陸地場址被運(yùn)輸?shù)耐局?，助推器可以被翻新?br> 文檔編號(hào)B64G1/00GK102762456SQ201080036159
公開日2012年10月31日 申請日期2010年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者加里·賴, 杰弗里·P·比佐斯, 肖恩·羅伯特·芬德利 申請人:藍(lán)源有限責(zé)任公司