【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 高天偉】

2024年6月23日，由我國航天科技集團八院研制的重復使用運載火箭新技術驗證箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功進行了10公里級飛行試驗。

試驗中，火箭由3臺變推液氧甲烷發(fā)動機推動，上升至約12公里高度，關閉兩側發(fā)動機，中心發(fā)動機調(diào)節(jié)推力，火箭受控下降，在距離地面50米處，四條著陸腿展開，隨后火箭緩速下降，高度趨近于零，穩(wěn)穩(wěn)落在回收場坪，實現(xiàn)定點垂直軟著陸，試驗取得圓滿成功！航天科技集團評價本次試驗“為2025年如期實現(xiàn)4米級重復使用運載火箭首飛奠定了技術基礎。”

我們?yōu)槭裁匆l(fā)展可重復使用運載火箭的驗證箭？我國什么時候能出現(xiàn)類似美國獵鷹9號的“完全體”可回收復用火箭？行業(yè)競爭與合作格局如何？這篇文章就來簡要探討下。

早在上世紀六十年代初期，包括錢學森在內(nèi)的航天科學家就已經(jīng)通過嚴密論證，指出火箭回收復用可以極大提高周轉效率、降低成本。但由于計算能力、材料、氣動、控制、工藝乃至決策、管理等相關領域發(fā)展暫未達到理想水平，工程實踐并非一帆風順。例如上世紀70年代美國研制的航天飛機，設計上僅外部主燃料箱為一次性產(chǎn)品、不拋棄任何發(fā)動機，其復用程度在已經(jīng)實現(xiàn)入軌的航天器當中，至今無人能出其右，但由于研制方嚴重低估了產(chǎn)品綜合成本，項目入不敷出，最終航天飛機于2011年在剩余大量理論壽命的情況下退役。

退役的美國奮進號航天飛機，現(xiàn)陳列于美國洛杉磯加州科技博物館。

2010年之后，火箭回收復用技術終于取得實用性突破。例如美國SpaceX主力載具獵鷹9號火箭，其一級在完成任務后，可以調(diào)整姿態(tài)并數(shù)次點火，以垂直姿態(tài)在陸地或者拖船上著陸，并經(jīng)檢修后復用。截至目前，單個箭體已經(jīng)創(chuàng)造飛行21次記錄。SpaceX憑借僅僅十余枚一級箭體，在2023年進行了96次入軌發(fā)射，遠遠超過全球任何其它國家或者商業(yè)航天實體；而運力近20噸的單箭報價降低至5000余萬美元，幾乎全球最低。除了SpaceX以外，美國藍色起源公司也實現(xiàn)了飛行高度100公里的箭體復用，用于服務新謝潑德號亞軌道載人飛船。

SpaceX獵鷹9號火箭

箭體垂直回收是控制、結構、動力、氣動、導航、通信等不同專業(yè)深度融合、密切關聯(lián)、牽一發(fā)而動全身的技術，且最近10年才得到全面發(fā)展，全球技術積累較少。為了以較低成本、從易到難、由主到次地驗證相關設計，SpaceX于2012年首飛了名為“蚱蜢”的垂直起降驗證箭，由燃料貯箱、1臺獵鷹9號火箭使用的梅林1D發(fā)動機以及固定式著陸支腿組成。2012年至2013年在新墨西哥州試驗場，該箭先后進行了8次成功的垂直起降試驗，飛行高度從1.8米逐漸遞增至744米。隨后，SpaceX又研制了換用真實箭體、發(fā)動機增加到3臺并改用可收放式著陸支腿的獵鷹9R Dev1驗證箭，并于2014年進行了4次試飛。受益于這些前期測試， SpaceX終于在2015年12月21日首次成功回收一級箭體。

獵鷹9R Dev1驗證箭

參考SpaceX的做法，我國企業(yè)也選擇了“由驗證箭起步”的技術路線，并且出手即不凡。以6月23日試驗為例，航天八院產(chǎn)品首飛即跳過“蚱蜢”階段直達獵鷹9R Dev1水平，這也是 “為2025年如期實現(xiàn)4米級重復使用運載火箭首飛奠定了技術基礎”的信心由來。今年內(nèi)，試驗箭還計劃開展75公里高度、模擬一級箭體全程飛行的測試，從而完成正式嘗試前的“臨門一腳”。

航天科技集團八院研制的重復使用運載火箭新技術驗證箭