2024年6月23日，由我国航(hang)天科技集团八院研(yan)制的(de)重复使用运载火箭新(xin)技术验证箭，在酒(jiu)泉卫星发射中心成功进行了10公里级飞(fei)行试验。
试验中，火箭由3台变推液氧甲烷发动机推动，上升至约12公里高度，关闭两侧发动机，中心发动机调节推力，火箭受控下降，在距(ju)离地(di)面50米处，四条着陆腿展开，随后火箭缓速下降，高度趋近于零，稳稳落在回收场坪，实现定(ding)点(dian)垂直软着陆。试验取得(de)圆(yuan)满成功！航(hang)天科技集团评价本次(ci)试验“为2025年如(ru)期实现4米级重复使用运载火箭首飞(fei)奠定(ding)了技术基础。“
我们为什(shi)么要发展可重复使用运载火箭的(de)验证箭？我国什(shi)么时候能出(chu)现类似美国猎鹰9号的(de)“完全体”可回收复用火箭？行业竞争与合作格局如(ru)何？今天将简要探讨。
早在上世纪(ji)六十年代初期，包括我国钱学森在内的(de)航(hang)天科学家就已经通过严密(mi)论证，指出(chu)火箭回收复用可以极大提高周转效率(lu)、降低成本。但由于计算(suan)能力、材料、气动、控制、工艺乃至决策、管理等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)上世纪(ji)70年代美国研(yan)制的(de)航(hang)天飞(fei)机，设计上仅外部主燃料箱为一次(ci)性产品、不抛弃任何发动机，其复用程度在已经实现入(ru)轨的(de)航(hang)天器当中，至今无人能出(chu)其右，但由于研(yan)制方严重低估(gu)了产品综合成本，项目(mu)入(ru)不敷出(chu)，最终航(hang)天飞(fei)机于2011年在剩余大量理论寿命的(de)情况下退役。
退役的(de)美国奋进号航(hang)天飞(fei)机，现陈列于美国洛杉矶加州科技博物馆。
2010年之后，火箭回收复用技术终于取得(de)实用性突破。例如(ru)美国SpaceX主力载具猎鹰9号火箭，其一级在完成任务后，可以调整姿(zi)态并数次(ci)点(dian)火，以垂直姿(zi)态在陆地(di)或者拖船上着陆，并经检修后复用。截至目(mu)前(qian)，单个(ge)箭体已经创造飞(fei)行21次(ci)记录。SpaceX凭借(jie)仅仅十余枚一级箭体，在2023年进行了96次(ci)入(ru)轨发射，远远超(chao)过全球任何其它国家或者商业航(hang)天实体；而(er)运力近20吨的(de)单箭报价降低至5000余万美元，几乎全球最低。除了SpaceX以外，美国蓝色起源公司也实现了飞(fei)行高度100公里的(de)箭体复用，用于服务新(xin)谢泼(po)德号亚(ya)轨道载人飞(fei)船。
SpaceX猎鹰9号火箭
箭体垂直回收是控制、结构、动力、气动、导航(hang)、通信等不同专业深度融合、密(mi)切关联(lian)、牵一发而(er)动全身的(de)技术，且最近10年才得(de)到全面发展，全球技术积(ji)累(lei)较少。为了以较低成本、从易到难、由主到次(ci)地(di)验证相关设计，SpaceX于2012年首飞(fei)了名为“蚱蜢”的(de)垂直起降验证箭，由燃料贮箱、1台猎鹰9号火箭使用的(de)梅(mei)林1D发动机以及固定(ding)式着陆支腿组成。2012年至2013年在新(xin)墨西哥州试验场，该箭先后进行了8次(ci)成功的(de)垂直起降试验，飞(fei)行高度从1.8米逐渐递增至744米。随后，SpaceX又研(yan)制了换(huan)用真实箭体、发动机增加到3台并改用可收放式着陆支腿的(de)猎鹰9R Dev1验证箭，并于2014年进行了4次(ci)试飞(fei)。受益于这些前(qian)期测(ce)试， SpaceX终于在2015年12月21日首次(ci)成功回收一级箭体。
猎鹰9R Dev1验证箭
参考(kao)SpaceX的(de)做法，我国企业也选择了“由验证箭起步(bu)”的(de)技术路线，并且出(chu)手即不凡。以6月23日试验为例，航(hang)天八院产品首飞(fei)即跳过“蚱蜢”阶段直达猎鹰9R Dev1水平，这也是 “为2025年如(ru)期实现4米级重复使用运载火箭首飞(fei)奠定(ding)了技术基础“的(de)信心由来。今年内，试验箭还计划开展75公里高度、模拟一级箭体全程飞(fei)行的(de)测(ce)试，从而(er)完成正式尝试前(qian)的(de)“临(lin)门(men)一脚(jiao)”。
航(hang)天科技集团八院研(yan)制的(de)重复使用运载火箭新(xin)技术验证箭
除了“国家队”以外，我国民(min)营企业的(de)进展也堪称神速。2024年1月19日，蓝箭航(hang)天的(de)朱雀三(san)号VTVL-1可重复使用垂直起降回收验证火箭首次(ci)试飞(fei)即成功完成300米级别飞(fei)行，达到SpaceX“蚱蜢”第六次(ci)试验水平（蓝箭也计划于近期开展10公里级别试验）。
正在进行300米飞(fei)行试验的(de)蓝箭航(hang)天朱雀三(san)号VTVL-1可重复使用垂直起降回收验证火箭
此外，航(hang)天科工、翎客航(hang)天、深蓝航(hang)天、星际荣耀等企业也已经开展可回收火箭试验。百花齐(qi)放、百舸(ge)争流。我国可重复使用火箭研(yan)制已经呈现出(chu)起点(dian)高、进步(bu)快、企业多样的(de)特点(dian)，为早日投入(ru)实用打下了良好基础，而(er)目(mu)前(qian)除了中美，尚无其它国家开展过百米级别的(de)火箭垂直起降试验。
技术以外，6月23日的(de)试验还有一个(ge)不可忽略的(de)话题(ti)点(dian)：“国民(min)合作“。
火箭由航(hang)天八院抓总(zong)研(yan)制，而(er)所用的(de)70吨推力发液氧甲烷动机来自民(min)营企业九州云箭。“70吨“处于可复用火箭的(de)理想推力区间，“液氧甲烷”则是国际公认(ren)的(de)未来清洁(jie)可复用燃料。航(hang)天八院基于性能、时间、价格等因素考(kao)虑，选择了外采(cai)关键产品，并最终取得(de)良好效果，体现了效率(lu)优先的(de)商业航(hang)天策略。
这种自研(yan)与外采(cai)相结合的(de)研(yan)发模式，并不符合SpaceX倡导的(de)“生产链条自主化”。后者诞生的(de)背景，是马斯克对生产效率(lu)的(de)极致追求与美国传(chuan)统(tong)航(hang)天昂(ang)贵(gui)、低效生产模式之间的(de)矛盾，只(zhi)有SpaceX“撸起袖(xiu)子自己干”方能有效化解(jie)。但在我国，经过多年竞争迭代，已经涌现出(chu)一批比较优质的(de)配套企业。以商用可重复使用液体发动机为例，目(mu)前(qian)有能力向(xiang)市场提供推力处于“黄金(jin)区间”（50-100吨）产品的(de)企业，就包括航(hang)天科技集团、航(hang)天科工集团、蓝箭航(hang)天、天兵科技、星河动力、九州云箭、星际荣耀等至少7家国企和民(min)企（排名不分先后），覆(fu)盖(gai)液氧煤油和液氧甲烷两条主流路线，且已有成交实践案例。
例如(ru)，2023年4月，民(min)营天兵科技研(yan)制的(de)天龙二号火箭首飞(fei)取得(de)圆(yuan)满成功，一举打破了自SpaceX起全球7家新(xin)兴航(hang)天企业首发液体火箭均(jun)失利的(de)魔咒，这款火箭所使用的(de)便是由航(hang)天科技集团研(yan)制的(de)液发102发动机；而(er)刚刚过去的(de)6.23试验，则是“国家队”首次(ci)向(xiang)民(min)企采(cai)购发动机产品。
自主研(yan)制与集成研(yan)制成功结合的(de)案例，说明我国商业航(hang)天或许(xu)存在有别于马斯克的(de)其它发展路径，即也能像手机、汽车等其它行业那样，充(chong)分利用国家工业门(men)类齐(qi)全的(de)优势，通过有序分工与协作，在最大范围（甚至超(chao)出(chu)行业）实现供应链优化、分享发展成果。
毕竟“像马斯克”不是目(mu)的(de)，效率(lu)才是。相信随着行业深入(ru)发展，我国商业航(hang)天一定(ding)会摸索出(chu)更适合国情的(de)路线。
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