6月(yue)27日，编号为B1062的猎鹰9号火箭完成新一批星链卫星的发射。此次发射是其第(di)22次复(fu)用，打破了猎鹰9号一级推(tui)进器的复(fu)用次数记录，并成功在海上被回收。
作为同属航(hang)天大国的中国，在可重复(fu)使用火箭领域同样取得了一定的进展(zhan)。
6月(yue)23日，上海航(hang)天技术研究院（中国航(hang)天科技集团有限(xian)公司八院）抓总研制的重复(fu)使用运(yun)载火箭完成10公里级垂直起(qi)降飞行(xing)试验（VTVL）。这也是目前我国可重复(fu)使用火箭在垂直起(qi)降飞行(xing)试验中达到的最高高度。
猎鹰系列火箭中的猎鹰9号是世界(jie)首款(kuan)轨道级可重复(fu)使用火箭，于2010年6月(yue)首次发射成功，于2015年12月(yue)顺利将一枚卫星送入地(di)球同步转移轨道（GTO)，并首次完成一级火箭回收（不过首次复(fu)用是在2017年）。
这里给一个航(hang)天小知(zhi)识：
100公里处的位置一般被认为是太空与地(di)球分界(jie)线（卡门线），低轨道卫星的轨道高度在200公里左右(you)。火箭需要通过一级+二(er)级两级火箭（或一级加助推(tui)器）才(cai)能完成卫星的发射。一级火箭能达到的速度和高度较低，其在降落(luo)时(shi)受到大气烧蚀(shi)少，可回收价值高，而二(er)级火箭由于结束飞行(xing)时(shi)的高度更高且速度更快，因此在再入时(shi)会受到严重的大气烧蚀(shi)，回收难度极大。我们说的可重复(fu)使用火箭一般指的是火箭的一级。
下面我们将通过具体(ti)的数据对比(bi)，来详细解读我国在此次航(hang)天八院的飞行(xing)实验。
本次发射的细节(jie)
航(hang)天八院此次用于垂直起(qi)降飞行(xing)试验验证的可重复(fu)使用火箭其直径为3.8米，搭载了3台变推(tui)液氧(yang)甲烷发动机，最高达到12公里，采用着陆(lu)腿着陆(lu)的方式。
首先，这枚火箭的直径为3.8米，搭载3台变推(tui)液氧(yang)甲烷发动机。火箭的直径直接影响了火箭的运(yun)力。在不带助推(tui)器的情况下，直径越(yue)大，带的发动机数量越(yue)多，带的燃料也多，运(yun)力也就越(yue)强（不过考虑到运(yun)输等其他综合问题，并不能无限(xian)大）。
我国未来载人登月(yue)的长征十号系列火箭最大直径达5米、猎鹰9为3.7米、重型猎鹰为3.66米、星舰为9米。可见航(hang)天八院的这台火箭在完成度上并不是一个纯技术验证性火箭。
其次在发射高度上，本次发射火箭最高达到12公里，也就是1200米左右(you)的高度。而SpaceX在使用“蚱蜢”（垂直回收技术测试机）进行(xing)测试的最高高度为744米。也就是说，航(hang)天八院此次实验已经超过了SpaceX的蚱蜢测试阶段。
再次，在火箭发动机上，本次火箭使用的是3台九州云箭研制的龙云液氧(yang)甲烷发动机而猎鹰9号用的是液氧(yang)煤油发动机。国家航(hang)天局曾发布《液氧(yang)甲烷火箭发展(zhan)概(gai)述(shu)》，详细讲解了液氧(yang)甲烷的优势(shi)。
在推(tui)进剂性能方面，液氧(yang)甲烷对比(bi)传统的液氧(yang)煤油各有优劣。在冷却效果(guo)上，甲烷展(zhan)现出作为低温燃料的优势(shi)，得益于比(bi)热容指标，其综合冷却能力是煤油的3倍(bei)以上，并且作为含碳燃料，不易结焦积碳，这对于发动机实际使用效果(guo)来说更加“友好”。
在发动机维(wei)护性上，甲烷则(ze)有天生的优势(shi)。如(ru)今，可回收复(fu)用火箭成为大势(shi)所趋，液氧(yang)煤油火箭在回收后必须对发动机进行(xing)彻(che)底清洗才(cai)能继续(xu)使用，而液态(tai)甲烷为强挥发性燃料，液氧(yang)甲烷发动机由此显(xian)著减轻(qing)了后勤维(wei)护工作量。（中国航(hang)天局）
在推(tui)进剂性能方面，液氧(yang)甲烷对比(bi)传统的液氧(yang)煤油各有优劣。在冷却效果(guo)上，甲烷展(zhan)现出作为低温燃料的优势(shi)，得益于比(bi)热容指标，其综合冷却能力是煤油的3倍(bei)以上，并且作为含碳燃料，不易结焦积碳，这对于发动机实际使用效果(guo)来说更加“友好”。
在发动机维(wei)护性上，甲烷则(ze)有天生的优势(shi)。如(ru)今，可回收复(fu)用火箭成为大势(shi)所趋，液氧(yang)煤油火箭在回收后必须对发动机进行(xing)彻(che)底清洗才(cai)能继续(xu)使用，而液态(tai)甲烷为强挥发性燃料，液氧(yang)甲烷发动机由此显(xian)著减轻(qing)了后勤维(wei)护工作量。（中国航(hang)天局）
所以，此次垂直起(qi)降飞行(xing)试验所使用的火箭很可能就是未来轨道级火箭一级的部分，完成度很高。
对比(bi)SpaceX的回收实验
首先，SpaceX实现首次可回收的实验进度表（Spacex建造的第(di)一台测试机被称为蚱蜢）：
Spacex建造的第(di)二(er)台测试机被称为F9R Dev 1。
SpaceX在2014年8月(yue)，F9R Dev 1测试机（几乎就是“猎鹰9”号火箭的一级火箭部分）第(di)五(wu)次测试结束后，便开(kai)始在实际发射任务中继续(xu)进行(xing)测试（并不是每次都会测试火箭回收）：
- 2015年1月(yue)，执(zhi)行(xing)CRS-5发射任务，海上回收失败；
- 2015年2月(yue)，为美国国家海洋和大气管理局发射深空气候观测站卫星，海上软(ruan)着陆(lu)（掉水里去(qu)了）；
- 2015年4月(yue)，执(zhi)行(xing)CRS-6发射任务，海上回收失败；
- 2015年6月(yue)，发射给国际空间(jian)站运(yun)货的龙飞船，高空解体(ti)；
- 2015年12月(yue)，执(zhi)行(xing)卫星发射任务，陆(lu)上回收成功。
从时(shi)间(jian)来看(kan)，SpaceX用于第(di)二(er)阶段测试的F9R Dev 1测试机的VTVL最高点(dian)也仅有1公里左右(you)，在暂停其测试后经过几次实际的发射回收任务后便成功完成首次火箭回收。
结合此前航(hang)天科技透(tou)露的：
我国正抓紧研制4米级、5米级可重复(fu)使用火箭，计划分别于2025年和2026年首飞。
我国正抓紧研制4米级、5米级可重复(fu)使用火箭，计划分别于2025年和2026年首飞。
以及：
研制团队(dui)将开(kai)展(zhan)重复(fu)使用运(yun)载火箭70公里级垂直起(qi)降试验，基本覆盖火箭一子级飞行(xing)剖面。
研制团队(dui)将开(kai)展(zhan)重复(fu)使用运(yun)载火箭70公里级垂直起(qi)降试验，基本覆盖火箭一子级飞行(xing)剖面。
我们可以进行(xing)个不准确的预测，在充分掌握火箭回收的各项技术后，可能明后年就能看(kan)到中国实现首次执(zhi)行(xing)实际发射任务的火箭回收。
除了航(hang)天八院外，近几年我国很多公司同样也在进行(xing)VTVL实验，并取得不错的成绩：
目前来看(kan)，民企中，星际荣耀的在可重复(fu)使用火箭这条路上走的比(bi)较远，其2023年12月(yue)的VTVL实验的高度达到343.12m，而且此次飞行(xing)试验所使用的火箭在20天前才(cai)完成一次VTVL实验。换句话说，星际荣耀在国内首次完成可重复(fu)使用技术验证火箭的复(fu)用飞行(xing)（只是试验，并不是实际发射）。
另外一个这几天非常出名的民营企业是天兵科技，其在昨天的一子级九机并联动力系统热试车中发生意外，火箭脱离发射台起(qi)飞，而后坠毁(hui)。根据公告，该次实验的是天龙三号的一子级。根据公开(kai)资料天兵科技在2020年的时(shi)候完成了一次重复(fu)使用试验箭回收着陆(lu)装置试验（就是吊着的实验箭掉下来，看(kan)着陆(lu)系统能不能稳住(zhu)），而后便是多次的发动机试车，并无其开(kai)展(zhan)VTVL试验的信息公布。
对比(bi)猎鹰9号
在第(di)二(er)节(jie)里，我们对比(bi)的对象(xiang)是SpaceX实现首次回收的历(li)程。而在这一节(jie)里我们对比(bi)的是猎鹰9号。
说直接对比(bi)猎鹰9号有点(dian)扯，因为我们的仅是一个单级实验火箭，而猎鹰9号是完整的可执(zhi)行(xing)任务的火箭。但(dan)我们对比(bi)的其实是猎鹰9号的可回收能力。
目前猎鹰9号同时(shi)具有海上和陆(lu)地(di)回收的能力，对于陆(lu)地(di)回收能力的建立，SpaceX是通过蚱蜢和F9R Dev 1两款(kuan)测试机通过多次实验完成的。而猎鹰9号的海上回收能力却是在多次实际发射任务中建立的。
重复(fu)运(yun)载火箭在海面上和陆(lu)地(di)上进行(xing)回收是有非常大的区别，根据《运(yun)载火箭海上平台成功回收的分析及启示》一文的分析，在海上和陆(lu)上回收下，猎鹰9的运(yun)载能力差距极大，这些(xie)差距可都是成本：
存在这样差距的原因也很好理解：海上回收火箭时(shi)，是综合一级火箭下落(luo)和接驳船舶(bo)的实时(shi)位置进行(xing)的，能够实现火箭回收的最优解，而陆(lu)上回收时(shi)，陆(lu)上回收点(dian)的位置是固定不变，因此无论一级火箭分离时(shi)的位置及姿态(tai)如(ru)何，都需要根据陆(lu)上回收点(dian)进行(xing)调整，燃料消耗大。
虽然海上回收的优势(shi)十分明显(xian)，但(dan)技术难度自(zi)然也很大（毕竟海上风浪(lang)大，而风浪(lang)越(yue)大鱼越(yue)贵！），具体(ti)而言包括：高精度导航(hang)及制导技术、姿态(tai)控制技术、海上着陆(lu)支(zhi)撑技术、海上着陆(lu)平台等。
反观国内，根据公开(kai)资料，目前仅箭元科技在2023年9月(yue)进行(xing)了一次海上溅(jian)落(luo)回收试验以及中科宇(yu)航(hang)使用涡喷发动机（非火箭发动机类型）进行(xing)了一次海上回收实验，其余公司包括国家队(dui)均无海上火箭回收的实验记录。
综上可见，我国目前在可重复(fu)使用火箭上距离美国的猎鹰9号还有不小的差距，尤其是海上回收技术尚未可喜(xi)的进展(zhan)。
总结
可重复(fu)使用火箭研发的初衷是降低火箭发射成本，将人类的火箭发射推(tui)进到廉价时(shi)代，为大规模发射卫星及太空旅游提供可靠支(zhi)撑。马斯克的SpaceX在这条路上独领风骚，猎鹰9号的最大复(fu)用次数已达到22次，同时(shi)还在加快星箭（重型运(yun)载火箭）的可重复(fu)飞行(xing)实验。
虽然中国航(hang)天在火箭发射的综合成本上并不算高，同时(shi)也能通过其他技术创新来降低成本，但(dan)目前来看(kan)，一级火箭回收是已经被证实可行(xing)的道路，而其他的道路还有待探索。因此，在中国大型卫星星座建设的要求下（时(shi)间(jian)不等人），我国无论是国家队(dui)还是民企都在加大可重复(fu)使用火箭相(xiang)关技术的投(tou)入力度。毕竟谁先做(zuo)出来谁就能最先吃到这块(kuai)大蛋糕。
另外值得一提的是，这次航(hang)天八院的VTVL实验存在的一个最大特(te)点(dian)是国家队(dui)使用民企研制的火箭发动机。火箭发动机作为单枚火箭成本中的大头，将受益我国未来大规模进行(xing)的可重复(fu)火箭发射。我们将在后续(xu)文章中对细分产业链进行(xing)研究。
本文作者：放牛塘(tang)团队(dui)，来源：牛塘(tang)行(xing)研，原文标题：《22手猎鹰火箭已经出现！中国的可重复(fu)使用火箭如(ru)何？》
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