2024年6月23日，由我国航天科(ke)技集团八院研制的重复使用运载火箭新技术验证箭，在酒泉(quan)卫(wei)星发射中心成功进行(xing)了10公里级飞行(xing)试(shi)验。
试(shi)验中，火箭由3台变推液氧甲烷(wan)发动机推动，上升至约12公里高度，关闭两侧发动机，中心发动机调节(jie)推力，火箭受控下降，在距离地面50米处，四条着陆腿展(zhan)开，随后火箭缓速下降，高度趋近于零，稳稳落在回收场(chang)坪，实现定(ding)点垂直(zhi)软(ruan)着陆。试(shi)验取得(de)圆满成功！航天科(ke)技集团评价本(ben)次试(shi)验“为2025年如期实现4米级重复使用运载火箭首飞奠(dian)定(ding)了技术基础。“
我们为什么要发展(zhan)可重复使用运载火箭的验证箭？我国什么时(shi)候能出现类似美国猎鹰9号的“完全体”可回收复用火箭？行(xing)业竞争(zheng)与(yu)合作格局如何？今天将简要探讨。
早在上世纪六十(shi)年代初期，包括我国钱学森在内(nei)的航天科(ke)学家就已经通过严密论证，指出火箭回收复用可以极大提高周转效率、降低成本(ben)。但由于计算能力、材料、气动、控制、工艺乃至决策、管理等相关领域发展(zhan)暂未达到理想水平，工程实践并(bing)非一帆风顺。例如上世纪70年代美国研制的航天飞机，设计上仅外部主(zhu)燃料箱为一次性产品、不抛弃任何发动机，其复用程度在已经实现入轨(gui)的航天器当中，至今无人能出其右，但由于研制方严重低估了产品综合成本(ben)，项目入不敷出，最终航天飞机于2011年在剩余大量(liang)理论寿命(ming)的情况下退役。
退役的美国奋进号航天飞机，现陈列于美国洛杉矶加州科(ke)技博(bo)物馆。
2010年之后，火箭回收复用技术终于取得(de)实用性突破。例如美国SpaceX主(zhu)力载具猎鹰9号火箭，其一级在完成任务(wu)后，可以调整姿态并(bing)数次点火，以垂直(zhi)姿态在陆地或者拖船上着陆，并(bing)经检修后复用。截至目前，单个箭体已经创造飞行(xing)21次记录。SpaceX凭借(jie)仅仅十(shi)余枚一级箭体，在2023年进行(xing)了96次入轨(gui)发射，远远超过全球任何其它国家或者商业航天实体；而运力近20吨(dun)的单箭报价降低至5000余万美元(yuan)，几乎全球最低。除了SpaceX以外，美国蓝色起源(yuan)公司也实现了飞行(xing)高度100公里的箭体复用，用于服务(wu)新谢泼德号亚轨(gui)道载人飞船。
SpaceX猎鹰9号火箭
箭体垂直(zhi)回收是控制、结构、动力、气动、导航、通信等不同专业深度融合、密切关联、牵(qian)一发而动全身的技术，且最近10年才得(de)到全面发展(zhan)，全球技术积累较少。为了以较低成本(ben)、从易到难(nan)、由主(zhu)到次地验证相关设计，SpaceX于2012年首飞了名为“蚱蜢”的垂直(zhi)起降验证箭，由燃料贮箱、1台猎鹰9号火箭使用的梅林1D发动机以及固(gu)定(ding)式着陆支腿组成。2012年至2013年在新墨西(xi)哥(ge)州试(shi)验场(chang)，该(gai)箭先后进行(xing)了8次成功的垂直(zhi)起降试(shi)验，飞行(xing)高度从1.8米逐渐递增(zeng)至744米。随后，SpaceX又研制了换用真实箭体、发动机增(zeng)加到3台并(bing)改用可收放式着陆支腿的猎鹰9R Dev1验证箭，并(bing)于2014年进行(xing)了4次试(shi)飞。受益于这些前期测(ce)试(shi)， SpaceX终于在2015年12月21日首次成功回收一级箭体。
猎鹰9R Dev1验证箭
参考SpaceX的做法，我国企(qi)业也选择了“由验证箭起步”的技术路线(xian)，并(bing)且出手(shou)即不凡(fan)。以6月23日试(shi)验为例，航天八院产品首飞即跳过“蚱蜢”阶段直(zhi)达猎鹰9R Dev1水平，这也是 “为2025年如期实现4米级重复使用运载火箭首飞奠(dian)定(ding)了技术基础“的信心由来。今年内(nei)，试(shi)验箭还(hai)计划开展(zhan)75公里高度、模拟(ni)一级箭体全程飞行(xing)的测(ce)试(shi)，从而完成正式尝试(shi)前的“临门一脚”。
航天科(ke)技集团八院研制的重复使用运载火箭新技术验证箭
除了“国家队”以外，我国民营企(qi)业的进展(zhan)也堪(kan)称神速。2024年1月19日，蓝箭航天的朱雀三号VTVL-1可重复使用垂直(zhi)起降回收验证火箭首次试(shi)飞即成功完成300米级别飞行(xing)，达到SpaceX“蚱蜢”第六次试(shi)验水平（蓝箭也计划于近期开展(zhan)10公里级别试(shi)验）。
正在进行(xing)300米飞行(xing)试(shi)验的蓝箭航天朱雀三号VTVL-1可重复使用垂直(zhi)起降回收验证火箭
此(ci)外，航天科(ke)工、翎(ling)客航天、深蓝航天、星际荣耀等企(qi)业也已经开展(zhan)可回收火箭试(shi)验。百花(hua)齐放、百舸(ge)争(zheng)流。我国可重复使用火箭研制已经呈现出起点高、进步快、企(qi)业多样的特点，为早日投入实用打下了良好基础，而目前除了中美，尚无其它国家开展(zhan)过百米级别的火箭垂直(zhi)起降试(shi)验。
技术以外，6月23日的试(shi)验还(hai)有一个不可忽略的话题点：“国民合作“。
火箭由航天八院抓总研制，而所用的70吨(dun)推力发液氧甲烷(wan)动机来自民营企(qi)业九州云箭。“70吨(dun)“处于可复用火箭的理想推力区间(jian)，“液氧甲烷(wan)”则是国际公认的未来清洁可复用燃料。航天八院基于性能、时(shi)间(jian)、价格等因素考虑，选择了外采关键产品，并(bing)最终取得(de)良好效果，体现了效率优先的商业航天策略。
这种自研与(yu)外采相结合的研发模式，并(bing)不符合SpaceX倡导的“生产链条自主(zhu)化”。后者诞生的背景，是马斯克对生产效率的极致追(zhui)求与(yu)美国传统航天昂贵、低效生产模式之间(jian)的矛盾(dun)，只有SpaceX“撸起袖子自己(ji)干”方能有效化解。但在我国，经过多年竞争(zheng)迭代，已经涌现出一批(pi)比较优质的配套(tao)企(qi)业。以商用可重复使用液体发动机为例，目前有能力向(xiang)市场(chang)提供推力处于“黄金区间(jian)”（50-100吨(dun)）产品的企(qi)业，就包括航天科(ke)技集团、航天科(ke)工集团、蓝箭航天、天兵科(ke)技、星河动力、九州云箭、星际荣耀等至少7家国企(qi)和民企(qi)（排名不分(fen)先后），覆盖液氧煤(mei)油和液氧甲烷(wan)两条主(zhu)流路线(xian)，且已有成交实践案例。
例如，2023年4月，民营天兵科(ke)技研制的天龙(long)二号火箭首飞取得(de)圆满成功，一举打破了自SpaceX起全球7家新兴航天企(qi)业首发液体火箭均失利(li)的魔(mo)咒，这款火箭所使用的便是由航天科(ke)技集团研制的液发102发动机；而刚刚过去的6.23试(shi)验，则是“国家队”首次向(xiang)民企(qi)采购发动机产品。
自主(zhu)研制与(yu)集成研制成功结合的案例，说明我国商业航天或许存在有别于马斯克的其它发展(zhan)路径，即也能像手(shou)机、汽车等其它行(xing)业那样，充分(fen)利(li)用国家工业门类齐全的优势，通过有序分(fen)工与(yu)协作，在最大范(fan)围（甚至超出行(xing)业）实现供应链优化、分(fen)享发展(zhan)成果。
毕竟“像马斯克”不是目的，效率才是。相信随着行(xing)业深入发展(zhan)，我国商业航天一定(ding)会摸(mo)索出更适合国情的路线(xian)。
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