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，箭元科技元行者一号(yīhào)验证型(xíng)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，火箭回收是中国火箭科研人面前的一道难关。以此次火箭回收试验为(wèi)节点，国产大火箭的回收探索已(yǐ)悄然提速。 中国商业航天企业何时实现(shíxiàn)火箭回收？火箭回收有何(yǒuhé)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(huíshōu)成功 国内火箭回收还有(háiyǒu)多远？ 北京时间5月28日，SpaceX（美国太空探索技术(jìshù)公司）新一代重型运载火箭“星舰”从得克萨斯州发射升空，进行第九次试飞(shìfēi)。火箭第一级(dìyījí)助推器发生爆炸，火箭第二级飞船失控。由于已经(yǐjīng)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(bǎicì)高频发射。 虽然中国商业航天起步(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(yóu)“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(shíxiàn)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(tiānbīng)科技、蓝箭航天、东方空间和(hé)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(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在2025年迎来首飞或试验。其中，天兵科技的天龙三号将发射时间定在今年(jīnnián)七八月份，对标的是猎鹰9号，它的近地轨道运力可以达到17吨，太阳同步(tóngbù)轨道达到14吨；东方空间的引力二号预计(yùjì)将于2025年年底(niándǐ)具备首飞能力(nénglì)；星际荣耀已经投产(tóuchǎn)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资源等客观因素，首飞(shǒufēi)时间仍有待(yǒudài)进一步确认。 在这6家商业(shāngyè)航天公司中，蓝箭航天的(de)动向尤其值得关注。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(chéngwéi)国内第一枚投入(tóurù)运营的可回收运载火箭。 在2015年以前，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）研制的(de)“猎鹰9号”的成功回收，打开了低成本太空时代(tàikōngshídài)大门。 2024年，SpaceX单次发射(fāshè)成本已降至1500-3000美元(měiyuán)/公斤区间，而我国主流商业火箭成本仍徘徊于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(xiānjìn)水平(shuǐpíng)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(qízhōng)之一是把火箭做大，提高火箭运载能力(nénglì)，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(lìrú)将宇航级的芯片替换成(tìhuànchéng)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(huǒjiàn)可回收的关键因素，一级(yījí)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(yǒuwàng)降低至每公斤载荷2万元左右。 当航天火箭从消耗品变为耐用品(nàiyòngpǐn)，后续成本将大幅(dàfú)下降。例如，东方空间设计的可回收火箭引力(yǐnlì)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高轨发射需求。 一枚传统火箭由两级(liǎngjí)组成，一级(yījí)在下，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(fǎnhuí)发射原地。而现阶段(xiànjiēduàn)的火箭“回收”则意味着一级可以“回家”。 垂直起降回收(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(zhōngguóhángtiān)期刊） 据了解，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(gěi)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为例，在此次成功飞行试验中，顺利完成(shùnlìwánchéng)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(xiàjiàng)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(yǔ)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”比火箭发射还要(háiyào)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(huídézhǔn)”，必须有一套精密算法仔细指点(zhǐdiǎn)，以确保(quèbǎo)平稳(wěn)减速，这就要求火箭发动机必须精确、动态地调节推力，并(bìng)具备多次起动的功能；其次，要想火箭“落得稳”，火箭下降姿态、着陆角度都必须得到高精度控制(kòngzhì)；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分为返回原场与(yǔ)不返回原场两种方式，或按照着陆点的不同分成陆上回收(huíshōu)与海上(hǎishàng)回收。 其中，海上(hǎishàng)回收相比陆上回收减小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(hěndà)程度上减小了推进剂量预留不足(bùzú)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(kèfú)恶劣(èliè)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(xiāngtóng)的观点，海面(hǎimiàn)软着陆回收技术减少了对支撑架和额外燃料的依赖，在保证火箭入轨能力不受较大影响的前提下(xià)，提供了切实可行的发射回收解决方案。 箭元科技回收(huíshōu)试验成功 “过去国内商业发射大多在学习马斯克(mǎsīkè)的技术(jìshù)路(lù)线。箭元科技此次回收试验的成功，突破了固有思维框架，走出一条创新之路，可以实现较好的可回收火箭的经济价值。”滕瑶说。 早在1962年，钱学森就在《星际(xīngjì)航行概论》中明确提出了“回收运载火箭”的设想。他(tā)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(bǎ)空的运载火箭收回(shōuhuí)来。 如今，面对日趋激烈的太空资源竞争(jìngzhēng)，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）