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(rì)4时40分(fēn)，箭元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软着陆飞行试验。 一直以来，火箭回收是(shì)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(qiǎorán)提速。 中国商业航天企业何时实现(shíxiàn)火箭(huǒjiàn)回收？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火箭在海面悬停，最终回收成功(chénggōng) 国内火箭回收还有(háiyǒu)多远？ 北京(běijīng)时间5月28日，SpaceX（美国太空探索技术公司）新一代(xīnyídài)重型运载火箭“星舰”从得克萨斯州发射(fāshè)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(fēichuán)失控。由于已经有“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138次（含132次猎鹰九号(jiǔhào)、2次猎鹰重型及4次星舰(cìxīngjiàn)）。SpaceX通过“一箭多星”和快速复用(fùyòng)技术（猎鹰9号最大复用次数已达26次），实现年均超百次(bǎicì)高频发射。 虽然(suīrán)中国商业航天起步较晚，发射能力和国际领先水平存在(cúnzài)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(nián)6月，我国(wǒguó)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家商业火箭(huǒjiàn)(huǒjiàn)公司先后实现入轨级火箭发射，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、东方空间和中科宇航。这些(zhèxiē)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(xiǎnshì)，朱雀三号(sānhào)、天龙(tiānlóng)三号、引力二号、双曲线三号、智神星一号等一批新型号商业火箭或将在2025年(nián)迎来首飞或试验。其中，天兵科技的天龙三号将发(fā)射时间定在今年七八月份，对(duì)标的是猎鹰9号，它的近地轨道运力可以达到17吨，太阳同步轨道达到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(nénglì)；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(dònglì)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(rìqī)定在今年。 但受限于供应链(gōngyìngliàn)协同(xiétóng)和发射场资源等客观因素，首飞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(zhōngguó)可重复使用火箭技术取得重大突破。据(jù)了解，朱雀三号为(wèi)可重复使用液氧甲烷运载火箭，计划今年下半年完成首飞(shǒufēi)，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(měiguó)太空探索技术公司）研制的“猎鹰9号”的成功回收，打开了(le)低成本太空时代大门。 2024年，SpaceX单次发射成本已降至(zhì)1500-3000美元/公斤区间，而我国主流商业火箭成本仍(réng)徘徊于5000-8000美元/公斤区间，我国商业航天在成本控制上与(yǔ)国际先进水平存在差距(chājù)。 一位(yīwèi)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(sānzhǒng)路径，其中之一是把火箭(huǒjiàn)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(de)原材料进行低成本替换，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，发动机回收是实现火箭可回收的关键因素(guānjiànyīnsù)，一级发动机占(zhàn)(zhàn)了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(wèilái)发射成本有望降低至每公斤载荷2万元左右。 当(dāng)航天火箭从消耗品变为耐用品(nàiyòngpǐn)，后续成本将大幅下降。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(zhì)15—20吨，发射成本将降低至SpaceX猎鹰九号水平，能够满足大型卫星互联网星座组网及中(zhōng)高轨发射需求。 一枚传统火箭由两级组成，一级在(zài)下，二级在上。火箭升空到100多千米高度后，二级进入太空，位于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(yuándì)。而现阶段的火箭“回收”则(zé)意味着一级可以(kěyǐ)“回家”。 垂直起降(qǐjiàng)回收(huíshōu)工作剖面（《运载火箭回收模式及发展展望》刊载于中国航天期刊） 据了解，火箭“回家”可分为三步：第一步是一级“调头”，调整姿态(zītài)；第二步是减速，通过(tōngguò)发动机二次点火，让速度降下来；第三步(dìsānbù)是悬停，通过发动机第三次点火，给火箭反推力，使其平稳“着陆”。 还是以在东方航天港成功发射的元行者(xíngzhě)一号验证型火箭(huǒjiàn)为例，在此次成功飞行试验中，顺利完成了点火起飞、满(mǎn)推力爬升、变推力调节、发动机一次关机、自由(zìyóu)下降滑行、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”回收程序大体吻合(wěnhé)。 在不少业内专家看来，火箭(huǒjiàn)“回家”比火箭发射还要(yào)困难。东方(dōngfāng)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(bìxū)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(duōcì)起动的功能；其次，要想火箭“落得稳”，火箭下降姿态、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(de)一篇论文中提到，运载火箭的垂直(chuízhí)返回(fǎnhuí)方式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(hǎishàng)回收相比陆上回收减小(xiǎo)了更多的燃料预存量，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(zuì)大的不足就是要克服恶劣的海上环境。总体而言(zǒngtǐéryán)，采用海上平台垂直回收运载火箭是迄今为止最先进、最节约成本的一种回收火箭方式。 山东省海上航天装备技术创新中心(zhōngxīn)主任滕瑶也持有相同的观点，海面软着陆回收(huíshōu)技术减少了(le)对支撑架和额外燃料的依赖，在保证火箭入轨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。 箭元科技回收试验成功(chénggōng) “过去国内商业发射大多在学习马斯克的技术路线。箭元(jiànyuán)科技此次(cǐcì)回收试验的成功，突破了固有思维框架，走出一条创新之路，可以实现较好的可回收火箭的经济(jīngjì)价值。”滕瑶说。 早在1962年，钱学森就在《星际航行概论(gàilùn)》中明确提出了“回收运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)”的(de)(de)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(rújīn)，面对日趋激烈的太空资源竞争，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）