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(fēn)，箭元科技元行者一号(yīhào)验证型火箭在山东海阳东方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，火箭回收是中国火箭科研人面前的一道难关。以此次火箭回收试验(shìyàn)为节点，国产大火箭的回收探索已悄然提速(tísù)。 中国商业航天企业何时(héshí)实现火箭回收？火箭回收有何难点？火箭海上(hǎishàng)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(xuántíng)，最终回收成功 国内火箭回收还有(háiyǒu)多远？ 北京时间5月28日，SpaceX（美国太空探索(tànsuǒ)技术公司）新一代(xīnyídài)重型运载火箭“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(shīkòng)。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(fāshè)138次（含132次猎鹰九号、2次猎鹰重型及4次星舰）。SpaceX通过“一箭(yījiàn)多星”和快速复用(fùyòng)技术（猎鹰9号最大复用次数已达26次），实现年均超百次高频发射。 虽然中国商业(shāngyè)航天起步较晚，发射能力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(nián)6月，我国重复使用运载火箭首次10公里级垂直起降(qǐjiàng)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(yǒuxiàngōngsī)八院抓总研制。 迄今，我国已有6家商业火箭公司先后实现入轨级火箭发射(fāshè)，这6家火箭公司分别是(shì)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。这些商业火箭公司都在研发可回收(kěhuíshōu)火箭。 蓝箭航天试验火箭(huǒjiàn)（公司网站） 公开资料显示，朱雀三号(hào)(sānhào)、天龙三号、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(jiāng)在2025年(nián)迎来首飞或试验。其中，天兵(tiānbīng)科技的(de)天龙三号将发射时间定在今年七八(qībā)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；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(xīnghé)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(fāshèchǎng)资源等客观因素，首飞(shǒufēi)时间仍有待进一步确认。 在这6家商业航天公司(gōngsī)中，蓝箭航天的(de)动向尤其值得关注(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(shǒufēi)，有望(yǒuwàng)成为国内第一枚投入运营的可回收运载火箭。 在2015年(nián)以前，火箭都是(shì)“一次性用品”，发射成功后不会回来。然而，2015年，SpaceX（美国太空探索技术公司）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(gōngjīn)区间，而我国(wǒguó)主流商业火箭成本仍徘徊于(yú)5000-8000美元/公斤区间，我国商业航天在成本控制上与国际先进水平(shuǐpíng)存在差距。 一位(yīwèi)商业航天公司创始人曾介绍，为了降低发射(fāshè)成本，国内商业航天公司正探索三种(sānzhǒng)路径，其中之一是把火箭做大(zuòdà)，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，一级发动机占了一级火箭硬件(yìngjiàn)成本(chéngběn)的54.3%，在二级火箭中，发动机成本占比也有28.6%。以蓝箭航天设计的朱雀三号火箭为例，其一子级发动机设计复用(fùyòng)可达20次，未来发射成本有望(yǒuwàng)降低至每公斤(měigōngjīn)载荷2万元左右。 当航天火箭从消耗品变为耐用品，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(nénglì)至15—20吨(dūn)，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高轨(gāoguǐ)发射需求(xūqiú)。 一枚传统(chuántǒng)火箭(huǒjiàn)由两级组成，一级(yījí)在下，二级在上(shàng)。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。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（《运载火箭回收模式(móshì)及发展展望》刊载于中国航天期刊(qīkān)） 据了解，火箭“回家”可分为三步：第一步(dìyībù)是一级“调头(diàotóu)”，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，通过发动机第三次点火，给火箭反推力，使(shǐ)其平稳“着陆”。 还是以在东方航天港成功发射的(de)元行者一号验证型火箭(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(gōngzuò)(gōngzuò)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(huǒjiàn)“回家”比火箭发射还要(yào)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(néng)“回得准”，必须有一套精密算法仔细(zǐxì)指点，以确保平稳减速，这就要求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，要想火箭“落得稳”，火箭下降姿态、着陆(zhuólù)角度都必须得到高精度控制；第三，要想达到火箭“稳”“准”回收(huíshōu)，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(wèishénme)海上回收方案可行？ 上海航天科技期刊的一篇论文中提到(tídào)，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，或按照着陆点的不同分成陆上回收与海上(hǎishàng)回收。 其中，海上回收相比陆上回收减小(jiǎnxiǎo)了更多的(de)燃料(ránliào)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(zài)很大程度上减小了推进(tuījìn)剂量预留不足的影响。根据专家的分析，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也持有相同的观点，海面软着陆回收(huíshōu)(huíshōu)技术减少了对支撑架和额外燃料的依赖，在保证火箭入轨能力不受(shòu)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(kējì)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(huíshōu)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(jiào)好的可回收火箭的经济价值(jiàzhí)。”滕瑶说。 早在1962年，钱学森就在《星际航行概论》中明确提出了“回收运载火箭(yùnzàihuǒjiàn)”的(de)设想。他在书中写道，对于(duìyú)未来频繁(pínfán)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资源(zīyuán)竞争，中国航天人正在努力与(yǔ)时间赛跑。 （大众新闻记者(xīnwénjìzhě) 宋说 刘玉凡）