2024年6月23日，由我国航(hang)天科技集团八院研制的重复使用运载火箭新技术验证(zheng)箭，在(zai)酒(jiu)泉卫星发射(she)中(zhong)心成功进行了10公里级飞行试验。
试验中(zhong)，火箭由3台(tai)变推液氧甲烷发动机推动，上(shang)升至约12公里高(gao)度，关闭两(liang)侧(ce)发动机，中(zhong)心发动机调节推力(li)，火箭受控下降(jiang)，在(zai)距离地面50米(mi)处，四条着陆腿展开，随后火箭缓速下降(jiang)，高(gao)度趋近于零，稳稳落(luo)在(zai)回收场坪，实现定点垂直软着陆。试验取得圆满成功！航(hang)天科技集团评价本次试验“为2025年如(ru)期实现4米(mi)级重复使用运载火箭首飞奠定了技术基(ji)础。“
我们为什么要发展可重复使用运载火箭的验证(zheng)箭？我国什么时候能出现类似美国猎(lie)鹰9号的“完(wan)全体(ti)”可回收复用火箭？行业竞(jing)争(zheng)与(yu)合作格局(ju)如(ru)何？今天将简(jian)要探讨。
早在(zai)上(shang)世纪六十(shi)年代初期，包括我国钱学森(sen)在(zai)内的航(hang)天科学家(jia)就已经通过严密论证(zheng)，指(zhi)出火箭回收复用可以(yi)极大(da)提高(gao)周转(zhuan)效率、降(jiang)低(di)成本。但由于计算能力(li)、材料、气动、控制、工艺乃至决策、管理等(deng)相关领域发展暂未达到理想水平，工程实践并非一帆风顺。例如(ru)上(shang)世纪70年代美国研制的航(hang)天飞机，设计上(shang)仅外部主燃料箱为一次性产品、不抛弃任何发动机，其复用程度在(zai)已经实现入(ru)轨的航(hang)天器(qi)当中(zhong)，至今无人能出其右，但由于研制方严重低(di)估了产品综合成本，项目入(ru)不敷出，最终(zhong)航(hang)天飞机于2011年在(zai)剩余大(da)量理论寿命的情况下退役。
退役的美国奋进号航(hang)天飞机，现陈列于美国洛杉矶(ji)加州科技博(bo)物馆。
2010年之后，火箭回收复用技术终(zhong)于取得实用性突破。例如(ru)美国SpaceX主力(li)载具猎(lie)鹰9号火箭，其一级在(zai)完(wan)成任务(wu)后，可以(yi)调整姿(zi)态(tai)并数次点火，以(yi)垂直姿(zi)态(tai)在(zai)陆地或者拖船(chuan)上(shang)着陆，并经检修后复用。截(jie)至目前，单个箭体(ti)已经创造飞行21次记(ji)录(lu)。SpaceX凭(ping)借仅仅十(shi)余枚一级箭体(ti)，在(zai)2023年进行了96次入(ru)轨发射(she)，远远超过全球任何其它国家(jia)或者商业航(hang)天实体(ti)；而运力(li)近20吨的单箭报价降(jiang)低(di)至5000余万(wan)美元，几(ji)乎全球最低(di)。除了SpaceX以(yi)外，美国蓝色起源公司也实现了飞行高(gao)度100公里的箭体(ti)复用，用于服务(wu)新谢泼德(de)号亚(ya)轨道载人飞船(chuan)。
SpaceX猎(lie)鹰9号火箭
箭体(ti)垂直回收是控制、结构、动力(li)、气动、导(dao)航(hang)、通信(xin)等(deng)不同专业深度融合、密切关联、牵一发而动全身的技术，且最近10年才得到全面发展，全球技术积(ji)累较少。为了以(yi)较低(di)成本、从易到难(nan)、由主到次地验证(zheng)相关设计，SpaceX于2012年首飞了名为“蚱蜢”的垂直起降(jiang)验证(zheng)箭，由燃料贮箱、1台(tai)猎(lie)鹰9号火箭使用的梅林1D发动机以(yi)及固定式着陆支腿组成。2012年至2013年在(zai)新墨西哥州试验场，该箭先后进行了8次成功的垂直起降(jiang)试验，飞行高(gao)度从1.8米(mi)逐渐递增至744米(mi)。随后，SpaceX又研制了换用真实箭体(ti)、发动机增加到3台(tai)并改(gai)用可收放式着陆支腿的猎(lie)鹰9R Dev1验证(zheng)箭，并于2014年进行了4次试飞。受益于这些(xie)前期测试， SpaceX终(zhong)于在(zai)2015年12月21日首次成功回收一级箭体(ti)。
猎(lie)鹰9R Dev1验证(zheng)箭
参考SpaceX的做(zuo)法(fa)，我国企业也选择了“由验证(zheng)箭起步”的技术路线，并且出手即不凡。以(yi)6月23日试验为例，航(hang)天八院产品首飞即跳过“蚱蜢”阶段直达猎(lie)鹰9R Dev1水平，这也是 “为2025年如(ru)期实现4米(mi)级重复使用运载火箭首飞奠定了技术基(ji)础“的信(xin)心由来。今年内，试验箭还计划开展75公里高(gao)度、模(mo)拟一级箭体(ti)全程飞行的测试，从而完(wan)成正式尝试前的“临门一脚”。
航(hang)天科技集团八院研制的重复使用运载火箭新技术验证(zheng)箭
除了“国家(jia)队(dui)”以(yi)外，我国民营企业的进展也堪称神(shen)速。2024年1月19日，蓝箭航(hang)天的朱雀三号VTVL-1可重复使用垂直起降(jiang)回收验证(zheng)火箭首次试飞即成功完(wan)成300米(mi)级别飞行，达到SpaceX“蚱蜢”第六次试验水平（蓝箭也计划于近期开展10公里级别试验）。
正在(zai)进行300米(mi)飞行试验的蓝箭航(hang)天朱雀三号VTVL-1可重复使用垂直起降(jiang)回收验证(zheng)火箭
此外，航(hang)天科工、翎客(ke)航(hang)天、深蓝航(hang)天、星际荣耀等(deng)企业也已经开展可回收火箭试验。百花齐放、百舸争(zheng)流。我国可重复使用火箭研制已经呈现出起点高(gao)、进步快、企业多样的特点，为早日投入(ru)实用打下了良好基(ji)础，而目前除了中(zhong)美，尚无其它国家(jia)开展过百米(mi)级别的火箭垂直起降(jiang)试验。
技术以(yi)外，6月23日的试验还有(you)一个不可忽略的话题(ti)点：“国民合作“。
火箭由航(hang)天八院抓总研制，而所用的70吨推力(li)发液氧甲烷动机来自民营企业九州云箭。“70吨“处于可复用火箭的理想推力(li)区间，“液氧甲烷”则是国际公认的未来清洁可复用燃料。航(hang)天八院基(ji)于性能、时间、价格等(deng)因素考虑(lu)，选择了外采关键产品，并最终(zhong)取得良好效果，体(ti)现了效率优先的商业航(hang)天策略。
这种自研与(yu)外采相结合的研发模(mo)式，并不符合SpaceX倡导(dao)的“生产链条自主化”。后者诞(dan)生的背景(jing)，是马(ma)斯克对生产效率的极致追求与(yu)美国传统航(hang)天昂贵、低(di)效生产模(mo)式之间的矛(mao)盾，只有(you)SpaceX“撸起袖子自己干”方能有(you)效化解。但在(zai)我国，经过多年竞(jing)争(zheng)迭代，已经涌现出一批比较优质(zhi)的配套企业。以(yi)商用可重复使用液体(ti)发动机为例，目前有(you)能力(li)向市场提供推力(li)处于“黄金区间”（50-100吨）产品的企业，就包括航(hang)天科技集团、航(hang)天科工集团、蓝箭航(hang)天、天兵(bing)科技、星河动力(li)、九州云箭、星际荣耀等(deng)至少7家(jia)国企和(he)民企（排名不分先后），覆盖液氧煤油(you)和(he)液氧甲烷两(liang)条主流路线，且已有(you)成交实践案例。
例如(ru)，2023年4月，民营天兵(bing)科技研制的天龙(long)二号火箭首飞取得圆满成功，一举打破了自SpaceX起全球7家(jia)新兴(xing)航(hang)天企业首发液体(ti)火箭均失利的魔咒，这款(kuan)火箭所使用的便是由航(hang)天科技集团研制的液发102发动机；而刚刚过去的6.23试验，则是“国家(jia)队(dui)”首次向民企采购发动机产品。
自主研制与(yu)集成研制成功结合的案例，说明我国商业航(hang)天或许存在(zai)有(you)别于马(ma)斯克的其它发展路径，即也能像(xiang)手机、汽车等(deng)其它行业那样，充分利用国家(jia)工业门类齐全的优势，通过有(you)序分工与(yu)协作，在(zai)最大(da)范围（甚至超出行业）实现供应链优化、分享发展成果。
毕竟“像(xiang)马(ma)斯克”不是目的，效率才是。相信(xin)随着行业深入(ru)发展，我国商业航(hang)天一定会摸索出更适合国情的路线。
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