火箭海上回收有多“硬核”？多款可回收火箭年底前首飞

5月(yuè)29日4时40分，箭元(jiànyuán)科技元行者一号验证型火箭在山东海阳东方航天港进行了首次飞行回收(huíshōu)试验，这是国内首次获得成功的海上软着陆飞行试验。 一直(yìzhí)以来(yǐlái)，火箭回收是中国火箭科研人面前的一道难关。以此次火箭回收试验为节点，国产大火箭的回收探索已悄然提速。 中国商业航天企业何时实现火箭回收？火箭回收有何(yǒuhé)难点(nándiǎn)？火箭海上回收有何优势？ 箭元(yuán)科技元行者一号验证型火箭在海面悬停，最终回收成功 国内火箭回收(huíshōu)还有多远？ 北京时间5月28日，SpaceX（美国(měiguó)太空探索技术公司）新一代重型运载火箭“星舰”从得克萨斯州发射升空，进行(jìnxíng)第九次试飞。火箭第一级助推器发生爆炸，火箭第二级飞船失控。由于已经有“回收爆炸”的预期，所以未出现安排“筷子(kuàizi)夹(jiā)火箭”的经典画面。 2024年(nián)，SpaceX共(gòng)发射138次(cì)（含132次猎鹰九号、2次猎鹰重型及4次星舰(cìxīngjiàn)）。SpaceX通过“一箭多星”和快速复用技术（猎鹰9号最大复用次数已达26次），实现年均超百次高频发射。 虽然中国(zhōngguó)商业(shāngyè)航天起步(qǐbù)较晚，发射能力和国际领先水平存在(zài)差距，但无论是“国家队”还是民营商业航天公司，都在发力。2024年6月，我国重复使用运载火箭首次10公里级垂直起降飞行试验圆满成功，火箭由“国家队”中国航天科技集团有限公司八院抓总研制。 迄今，我国已有6家商业(shāngyè)火箭公司先后实现入轨级(jí)火箭发射，这6家火箭公司分别是星际荣耀、星河动力、天兵科技、蓝箭航天、东方(dōngfāng)空间和中科宇航。这些商业火箭公司都在研发可回收火箭。 蓝箭(lánjiàn)航天试验火箭（公司网站） 公开资料显示，朱雀三号、天龙(tiānlóng)三号、引力(yǐnlì)二号、双曲线(shuāngqūxiàn)三号、智神星(zhìshénxīng)一号等一批新型号商业火箭或将在2025年迎来首飞(shǒufēi)(shǒufēi)或试验。其中，天兵科技的天龙三号将发射时间定(dìng)在今年七八月份，对标的是猎鹰9号，它的近地轨道运力可以达到(dádào)17吨，太阳同步(tóngbù)轨道达到14吨；东方空间的引力二号预计将于2025年年底具备首飞能力；星际荣耀已经投产3发双曲线三号可重复使用运载火箭，预计于2025年12月完成首次“入轨 + 海上回收”飞行试验；星河动力的智神星一号计划今年8月首飞；中科宇航的力箭二号火箭也将首飞日期定在今年。 但受限于供应链协同和发射场资源(zīyuán)等客观因素，首飞(shǒufēi)时间仍有待进一步确认。 在这6家商业航天公司中，蓝箭航天的动向尤其值得关注。2024年9月(yuè)，蓝箭航天的朱雀三号成功实现十公里级垂直起降返回飞行试验，标志着中国可重复使用(chóngfùshǐyòng)火箭技术取得重大突破。据了解(liǎojiě)，朱雀三号为(wèi)可重复使用液氧甲烷(jiǎwán)运载火箭，计划今年下半年完成首飞，有望成为国内第一枚投入运营的可回收运载火箭。 在2015年以前，火箭都是“一次性(yícìxìng)用品”，发射成功后不会回来。然而，2015年，SpaceX（美国太空(tàikōng)探索技术公司）研制(yánzhì)的“猎鹰9号”的成功回收，打开了低成本太空时代大门。 2024年，SpaceX单次发射成本已降至1500-3000美元/公斤区间，而我国(wǒguó)主流商业(shāngyè)(shāngyè)火箭成本仍徘徊于5000-8000美元/公斤区间，我国商业航天(hángtiān)在成本控制上与国际先进水平存在差距。 一位商业航天(hángtiān)公司创始人曾介绍，为了降低发射成本(chéngběn)，国内商业航天公司正探索三种路径，其中之一是把火箭做大，提高火箭运载能力，以摊薄发射成本；第二是将火箭昂贵的原材料进行(jìnxíng)低成本替换，例如将宇航级的芯片替换成工业(gōngyè)级的元器件；第三就是火箭回收。 其中(zhōng)，发动机回收是实现火箭可回收的关键因素(guānjiànyīnsù)，一级发动机占了(le)一级火箭硬件成本的54.3%，在二级火箭中，发动机成本占比也有28.6%。以蓝箭航天设计(shèjì)的朱雀三号火箭为例，其一子级发动机设计复用可达20次，未来发射成本有望降低至每公斤载荷2万元(wànyuán)左右。 当(dāng)航天火箭从消耗品变为耐用品，后续成本将(jiāng)大幅下降。例如，东方空间设计的可回收火箭引力二号将进一步提高运载能力至15—20吨，发射(fāshè)成本将降低至SpaceX猎鹰(lièyīng)九号水平，能够满足大型卫星互联网星座组网及中高轨发射需求。 一枚传统火箭(huǒjiàn)由两级组成，一级在下，二级(èrjí)在上。火箭升空到100多千米高度(gāodù)后，二级进入太空，位于(wèiyú)二级下方的一级发动机关闭。以往，一级发动机只能自毁，不能返回发射原地。而现阶段的火箭“回收”则意味着一级可以“回家”。 垂直起降回收工作剖面（《运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)回收模式及发展展望》刊载于中国航天(zhōngguóhángtiān)期刊） 据了解(liǎojiě)，火箭“回家”可分为(fēnwéi)三步：第一步是一级“调头”，调整姿态；第二步是减速，通过发动机二次点火，让速度降下来；第三步是悬停，通过发动机第三次(dìsāncì)点火，给火箭反推力，使其平稳“着陆”。 还是以在(zài)东方航天港(gǎng)成功发射的元行者一号验证型火箭为例，在此次成功飞行试验中，顺利完成了点火起飞(qǐfēi)、满推力爬升、变推力调节、发动机一次关机、自由下降(xiàjiàng)滑行、发动机二次启动、减速至海面悬停、海面软着陆8个工作阶段。这8个工作阶段大与火箭“三步走(sānbùzǒu)”回收程序大体吻合。 在不少业内专家看来，火箭“回家”比火箭发射还要困难。东方空间公司引力二号火箭总设计师黄帅在接受媒体采访时强调，火箭能“回得准”，必须有一套精密算法仔细指点，以确保平稳(wěn)减速，这就(jiù)要求火箭发动机必须精确、动态地(dì)调节推力，并具备多次起动的(de)功能；其次，要想火箭“落得(luòde)稳”，火箭下降姿态、着陆角度都必须得到高(gāo)精度控制；第三，要想达到火箭“稳”“准”回收，这就对可回收火箭所用材料的强度、耐高温性能等(děng)提出了更高的要求。 为什么(wèishénme)海上回收方案可行？ 上海航天科技期刊的一篇论文(lùnwén)中提到，运载火箭的垂直返回(fǎnhuí)方式(fāngshì)可以分为返回原场与不返回原场两种方式，或按照着陆点的不同分成陆上回收与海上回收。 其中，海上回收相比陆上回收减小了更(gèng)多的燃料预存量，因此其运载(yùnzài)能力的损失更小。此外，这种回收方式还在很大程度上减小了推进剂量预留不足的影响。根据(gēnjù)专家的分析，海上平台回收最大的不足就是(shì)要克服恶劣的海上环境。总体而言，采用海上平台垂直回收运载火箭是迄今为止最先进、最节约成本(chéngběn)的一种回收火箭方式。 山东省海上航天装备技术创新中心主任(zhǔrèn)滕瑶也持有相同的观点，海面软着陆回收技术减少了对(duì)支撑架和额外燃料的依赖，在保证火箭入轨能力(nénglì)不受较大影响的前提下，提供了切实可行的发射回收解决方案。 箭元科技回收试验(shìyàn)成功 “过去国内商业发射大多在学习马斯克的技术路线。箭元科技此次回收试验的成功，突破了固有思维框架，走出一条创新之(zhī)路，可以实现较好的可回收火箭(huǒjiàn)的经济价值。”滕瑶(téngyáo)说。 早在1962年(nián)，钱学森(qiánxuésēn)就在《星际航行概论》中(zhōng)明确提出了“回收(huíshōu)运载火箭”的设想。他在书中写道，对于未来频繁的发射来说，一次性的运载火箭就是浪费，所以我们应该想办法把空的运载火箭收回来。 如今，面对日趋激烈(rìqūjīliè)的太空资源竞争，中国航天人正在努力与(yǔ)时间赛跑。 （大众(dàzhòng)新闻记者 宋说 刘玉凡）