火箭海上回收有多“硬核”？多款可回收火箭年底前首飞

5月29日4时40分，箭元(yuán)科技元行者一号验证型火箭在山东海阳东方(dōngfāng)航天港进行了首次飞行回收试验，这是国内首次获得成功的海上(hǎishàng)软着陆飞行试验。 一直以来，火箭回收(huíshōu)是中国火箭科研(kēyán)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(hángtiān)企业何时实现火箭回收(huíshōu)？火箭回收有何难点？火箭海上回收有何优势？ 箭元科技元行者一号验证型(xíng)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（美国太空探索技术公司(gōngsī)）新一代重型运载火箭(huǒjiàn)“星舰”从(cóng)得克萨斯州发射升空，进行第九次试飞。火箭第一级助推器发生爆炸，火箭第二级飞船失控。由于(yóuyú)已经有“回收爆炸”的预期，所以未出现安排“筷子夹火箭”的经典画面。 2024年，SpaceX共发射(fāshè)138次（含132次猎鹰九号(hào)、2次猎鹰重型(zhòngxíng)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。 虽然中国商业航天(hángtiān)起步较晚，发射能力(fāshènénglì)和国际领先水平存在差距，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(chóngfùshǐyòng)运载火箭(huǒjiàn)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(yǐyǒu)6家商业火箭公司先后实现入轨级火箭发射，这(zhè)6家火箭公司分别是星际荣耀、星河动力、天兵科技、蓝箭(lánjiàn)航天、东方空间和中科宇航。这些商业火箭公司都在研发可回收火箭。 蓝箭航天(hángtiān)试验火箭（公司网站） 公开资料显示，朱雀三号、天龙三号、引力(yǐnlì)二号、双曲线三号、智神星一号等一批新型号商业火箭或(huò)将在2025年迎来首飞或试验。其中(qízhōng)，天兵科技的天龙三号将发射(fāshè)时间定在今年七八月份，对标的是猎鹰9号，它的近地轨道运力(yùnlì)可以达到17吨(dūn)，太阳同步轨道达到14吨；东方空间(kōngjiān)的引力二号预计将于2025年年底(niándǐ)具备(jùbèi)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(dàn)受限于供应链协同和发射场资源等客观因素，首飞时间仍有待进一步确认(quèrèn)。 在这6家商业航天(hángtiān)公司(gōngsī)中，蓝箭航天的动向尤其(yóuqí)值得关注(guānzhù)。2024年9月，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(zhōngguó)可重复使用火箭技术取得重大突破。据了解，朱雀三号为可重复使用液氧甲烷运载火箭，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“一次性用品”，发射成功(fāshèchénggōng)后不会回来。然而，2015年，SpaceX（美国太空探索技术公司）研制的(de)“猎鹰9号”的成功回收，打开了低成本太空时代大门(dàmén)。 2024年(nián)，SpaceX单次发射成本已降至1500-3000美元/公斤区间，而我国主流商业(shāngyè)(shāngyè)火箭成本仍徘徊于5000-8000美元/公斤区间，我国商业航天在(zài)成本控制上与国际先进水平存在差距。 一位商业航天公司创始人曾介绍，为了降低发射成本，国内商业航天公司正探索三种路径，其中之一是(shì)把(bǎ)火箭做大，提高火箭运载能力，以摊(yǐtān)薄发射成本；第二是将火箭昂贵的原材料(yuáncáiliào)进行低成本替换，例如将宇航级的芯片替换成工业级的元器件；第三就是火箭回收。 其中，发动机回收(huíshōu)是实现火箭可回收的(de)(de)关键因素，一级发动机占了一级火箭硬件成本(chéngběn)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2万元左右。 当航天火箭(huǒjiàn)从消耗品变为耐用品，后续(hòuxù)成本(chéngběn)将大幅下降。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。 一枚传统火箭由两级组成，一级在下，二级在上。火箭升空(shēngkōng)到100多千米高度后，二级进入太空(tàikōng)，位于二级下方的一级发动机关闭。以往(yǐwǎng)，一级发动机只能自毁，不能返回发射(fāshè)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(gōngzuò)剖面（《运载火箭回收模式及(jí)发展展望》刊载于中国航天期刊） 据了解(liǎojiě)，火箭“回家(huíjiā)”可分为三步：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(xuántíng)，通过发动机第三次点火，给火箭反推力，使其平稳“着陆”。 还是(háishì)以在东方航天港成功发射的元行者一号验证型火箭(huǒjiàn)为例，在此次成功飞行试验(shìyàn)中，顺利完成了点火(diǎnhuǒ)起飞、满推力爬升、变推力调节、发动机一次关机、自由下降滑行、发动机二次启动、减速至(zhì)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”回收程序大体吻合。 在不少业内专家看来，火箭“回家”比(bǐ)火箭发射还要困难(kùnnán)。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(zhǔn)”，必须有一套精密算法仔细指点，以确保平稳减速，这就要求(yāoqiú)火箭发动机必须精确、动态地调节推力，并具备多次起动的功能；其次，要想(xiǎng)火箭“落得稳”，火箭下降姿态(zītài)、着陆角度都必须得到高精度控制；第三，要想达到火箭“稳”“准”回收，这就对可回收火箭所用(suǒyòng)材料的强度、耐高温性能等提出了更高的要求。 为什么海上回收方案可行(kěxíng)？ 上海航天科技期刊的一篇论文中提到，运载火箭的垂直返回方式可以(kěyǐ)分为返回原场与不返回原场两种方式，或按照着陆点(zhuólùdiǎn)的不同分成(fēnchéng)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多的(de)(de)燃料预存量，因此其运载能力的损失更小。此外，这种回收方式还在很大(hěndà)程度上减小了推进剂量预留不足的影响。根据专家的分析(fēnxī)，海上平台回收最大的不足就是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(huǒjiàn)是迄今为止最先进、最节约成本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滕瑶(téngyáo)也持有相同的(de)观点，海面软着陆回收技术减少了对支撑架和额外燃料的依赖，在保证火箭入轨(rùguǐ)能力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(jiànyuán)科技回收试验成功 “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(sīwéi)框架，走出一条创新(chuàngxīn)之(zhī)路，可以实现较好的可回收火箭的经济价值。”滕瑶说。 早在(zài)1962年，钱学森就在《星际航行概论》中(zhōng)明确提出了(le)“回收运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)”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，面对日趋激烈的太空(tàikōng)资源竞争，中国航天(zhōngguóhángtiān)人正在努力与时间赛跑。 （大众新闻记者 宋说 刘玉凡(liúyùfán)）