從臨淵慕魚到退而結網(wǎng)

全文5527字，閱讀時間約12分鐘

北京時間1月19日11時許，我國在山東海陽東方航天港開展“龍行二號”驗證箭75公里級垂直起降飛行試驗。

圖源/spacelens

11時，龍行二號準時點火升空，起飛正常，隨后逐步消失在視野中。

本次試驗計劃從陸上起飛，海上濺落，完成主要任務和動作（如下圖），官方未公布飛行任務結果。

圖源/spacelens

龍行二號試驗箭（曾用名：重復使用運載火箭新技術驗證箭）是航天科技集團八院研制的3.8米直徑VTVL試驗箭。動力配置為并聯(lián)的三臺70噸級龍云液氧甲烷發(fā)動機。

龍行二號的箭體logo分別為：上海國盛集團、上海市莘莊工業(yè)區(qū)、航天科技火箭技術（上海）有限公司。

本次試驗是我國首次嘗試75公里高度垂直回收驗證。

VTVL（Vertical Takeoff Vertical Landing）是指火箭垂直發(fā)射降落的一種飛行形式。

美國獵鷹九號火箭一子級和亞軌道火箭新謝潑德號的回收都使用了這種方式，VTVL是運載火箭重復使用的一條重要技術路線。

當前，全球不少航天企業(yè)都在實踐這種方式，以驗證并最終實現(xiàn)火箭復用，近年來，VTVL也逐步成為我國發(fā)展回收復用火箭的驗證一環(huán)。

01、大洋彼岸的火箭回收案例

在星艦的“筷子架火箭”出現(xiàn)之前，常被討論的火箭回收方式有4種：傘降回收、垂直著陸回收、帶翼飛回回收以及繩網(wǎng)回收。

火箭垂直著陸回收指火箭子級在返回過程中，重新啟動發(fā)動機實施發(fā)推減速，并最終垂直著陸到預定位置。

世界上最早的VTVL試驗是美國麥道公司（McDonnell Douglas）的三角快帆（DC-X）飛行器。

DC-X高12米，底部直徑4.1米，重18900公斤，采用四臺RL-10A-5液氫液氧發(fā)動機提供推力。從1993年8月到1996年7月，DC-X及DC-XA火箭在美國白沙試驗場共進行了12次飛行試驗，其中成功8次、部分成功3次，失敗1 次。最大飛行高度3.14公里，飛行時長142秒。

后來在NASA的項目競標中，DC-X最終惜敗于洛馬公司的冒險之星（X-33 VentureStar）。

慶幸的是，DC-X項目培育的人才和積累的技術，在多年后被藍源（Blue Origin）和太空探索技術公司（SpaceX）所繼承。

• 里程碑：蚱蜢與獵鷹

SpaceX成立后，為獵鷹九號火箭研發(fā)了“回收著陸段制導控制技術驗證平臺”，也就是VTVL，他還有個更為通俗的名字：“蚱蜢”飛行器。

2012年9月至2013年10月，共開展了8次飛行試驗，最大飛行高度744m，重點驗證了大推重比著陸技術、風干擾下的穩(wěn)定技術、精確著陸導航系統(tǒng)、以及橫向機動能力等制導控制技術。

2015年，獵鷹九號回收成功是航天歷史上的一個里程碑，標志著航天器可重復使用時代的到來。

這枚編號為B1019的一級火箭至今還聳立在加州霍桑SpaceX總部，供人參觀。

• 這一切，也被中國航天人看在眼里。

公開信息顯示，國內(nèi)民營公司翎客航天2016年左右開始可回收火箭相關研究。（“航天國家隊”未公開信息）

2018年，時任翎客航天技術總監(jiān)的楚龍飛曾對《北京晚報》表示：“垂直起降，是目前來看實現(xiàn)火箭回收最可行的方式之一?！?/p>

2017年1月，在國防科工局的大力支持下，由中國運載火箭技術研究院主辦、北京航空航天大學承辦的首屆國內(nèi)火箭回收關鍵技術研討會在北航召開。

會議分析和總結了近年來世界各航天大國在火箭回收領域的進展情況，以及成功進行火箭回收需要的關鍵技術和亟待解決的關鍵問題。

02、中國回收火箭，早期驗證階段

2017年6月的全球航天探索大會上，中國航天科技集團公司披露了我國已經(jīng)開始研制可重復使用火箭的消息，并且提出了發(fā)展升力體式重復使用運載器“三步走”的發(fā)展思路。

時任中國航天科技集團公司一院副院長兼科技委主任的魯宇對央視介紹，目前航天科技集團正在開展重復使用運載火箭技術研究，包括傘降回收和垂直起降技術，完成部分試驗驗證，一些關鍵技術取得突破。

• “烜赫一時”的“孔雀”

2018年10月，一款名為“孔雀”的垂直回收飛行器公開亮相。

航天科技集團的2018年的新聞顯示，今年以來，航天一院12所確定開展運載火箭垂直回收制導控制技術研究，組建專項攻關團隊，設計搭建可重復使用小型垂直起降驗證平臺，并開展了運載火箭垂直回收制導控制技術驗證試驗，驗證了在線軌跡規(guī)劃、高精度相對導航與制導控制等關鍵技術。

這款酷似微縮版蚱蜢火箭的飛行器，使用的是渦噴發(fā)動機，被不少愛好者吐槽為“火箭形狀的渦噴航?！薄?/p>

盡管其起降試驗驗證的是飛控軟件，與真正的可回收火箭還有很長的距離，但也是我國對回收技術較早的驗證工作之一

公開信息可看到，2018年-2021年還進行了一系列技術驗證。

但2021年后，關于“孔雀”飛行器再無下文。

• “名噪一時”的CZ-8R與CZ-6X

隨著這一系列技術的驗證，航天科技集團更為“具象”的可回收火箭方案也浮出水面。

航天科技一院推出了具備垂直回收重復使用功能的長征-8R方案，同屬航天科技的八院（上海航天）也拿出了自己的可復用火箭型號長征-6X。

長征八號R型

2018中國航天大會上，龍樂豪院士介紹了中國新型可回收火箭長征八號R型（CZ-8R）的相關情況。

長征八號R型的基本參數(shù)與長征八號相近，在此基礎上，通過發(fā)動機推力適度調(diào)節(jié)和多次點火實現(xiàn)垂直著陸。在當時，這是世界獨創(chuàng)的助推器與一子級一體集束式回收方案。

CZ-8R火箭的集束式回收方案，即助推器和芯一級不分離一并回收，用一套回收裝置實現(xiàn)3個模塊的回收。

那幾年，長征八號R型火箭首飛計劃在不同階段有不同表述，發(fā)射時間從2020年到2025年不等。

• 長征六號X型

2018年中國國際工業(yè)博覽會上，亮相了一款名為長征六號X（CZ-6X）的新火箭。

和CZ-8R集束回收方式不同的是，CZ-6X選擇一子級垂直回收，復用條件下700公里太陽同步軌道運力1.5噸。

CZ-6X復用火箭對比長征六號則有顛覆性變化，起飛質(zhì)量由后者的103噸升級至240噸左右，總長也由29.3米升級至41米，擺脫了小型火箭定位。

CZ-6X計劃一子級安裝2臺YF-100與2臺YF-115共4臺液氧煤油發(fā)動機，回收過程中主發(fā)動機不工作，小發(fā)動機將承擔一子級高空再入減速與著陸減速兩次點火任務。

不過，這些變化也意味著CZ-6X不能沿用長征六號“三平”測發(fā)模式，而是需要新發(fā)射工位支持。

2019年，航天科技集團官方微博確認CZ-6X已經(jīng)立項，它將驗證垂直起降技術，在一子級完成任務后，實現(xiàn)垂直返回，進而重復利用。

• 兩箭“下馬”

原本按計劃，后續(xù)航天科技一院與八院將分別圍繞CZ-8R、CZ-6X兩型復用火箭進行詳細設計。

然而，兩型火箭方案最終的結果：取消。

取消可能有如下原因：

1、技術實現(xiàn)難度大。CZ-8R核心級和助推器不分離的整體回收方式，技術難度極高。盡管一院在一些技術驗證上已做了一些測試，但要完全實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的回收，還需克服諸多技術難題，也需要更多時間和經(jīng)費。

2、市場需求變化。2019年以后，我國陸續(xù)首飛了多型新火箭，CZ-8R和CZ-6X的研發(fā)周期較長，一些原本與兩箭匹配的發(fā)射任務，有了更多選擇。

3、運力“尷尬”。回看近兩年火箭發(fā)展，投入大量資源研制CZ-8R與CZ-6X，運力和性價比并不突出，即使實現(xiàn)可回收，運載能力也難以與獵鷹系列等火箭對標。

4、技術路線優(yōu)化。相比CZ-8R的整箭回收模式，后續(xù)幾年，獵鷹九號火箭的回收方式已被日趨成熟，可能認為其他技術路線在現(xiàn)階段更具可行性和發(fā)展?jié)摿Γ虼藢①Y源更多地向其他技術路線傾斜。

5、任務規(guī)劃調(diào)整。中國航天的整體任務規(guī)劃和戰(zhàn)略布局也在不斷優(yōu)化。如重型火箭的研發(fā)、載人登月計劃的推進等。這些任務對于火箭的性能和可靠性提出了更高的要求，而CZ-8R、CZ-6X在這些任務中的優(yōu)先級相對較低，因此項目被取消。

盡管如此，長征八號R和長征六號X的構想和技術驗證為未來的火箭技術發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗。

2019年7月26日，長征二號丙“一箭三星”發(fā)射任務。箭體加裝了柵格舵的一子級準確落在了設定的落區(qū)范圍內(nèi)，標志著我國運載火箭首次“柵格舵分離體落區(qū)安全控制技術”試驗取得成功。

時任長征二號丙火箭總體主任設計師的牟宇（現(xiàn)任航天科技集團商業(yè)火箭公司產(chǎn)品負責人）披露，他們將在2025年前掌握垂直回收復用火箭的全部技術，并逐步具備工程應用能力。

CZ-8R、CZ-6X雖然“下馬”，但幾年后，中國航天“國家隊”的CZ-10、CZ-12以及規(guī)劃中的CZ-9逐步提上議程。

一院、八院的可回收火箭研發(fā)之路，并未停歇。

• 監(jiān)管表態(tài)：鼓勵

同樣是在2019年，相關監(jiān)管部門對重復使用運載火箭也首次有了態(tài)度。

20219年4月，國家國防科技工業(yè)局、ZYJW裝備發(fā)展部發(fā)布《關于促進商業(yè)運載火箭規(guī)范有序發(fā)展的通知》鼓勵商業(yè)運載火箭健康有序發(fā)展支持包括可重復使用運載火箭在內(nèi)的系統(tǒng)級或分系統(tǒng)級技術產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)、研制生產(chǎn)、試驗驗證、發(fā)射服務等內(nèi)容，以進一步降低進入空間成本……推進航天運輸系統(tǒng)技術和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，加快提升我國進入空間的能力和國際市場競爭力。

國家隊驗證可回收火箭的同時，民營企業(yè)也在努力。

• “夭折”的新干線一號

成立于2014年的翎客航天，在經(jīng)歷各種探索后，于2017年發(fā)布了小型運載火箭“新干線一號”（NewLine-1），目標在2020年實現(xiàn)首飛（一次性），并進一步拓展重復使用。

圖源/翎客航天

RLV-T5（NewLine Baby）是翎客航天用于驗證火箭回收技術的原型驗證箭，全箭總高8.1米，起飛重量1.5噸，動力系統(tǒng)采用5臺可變推力的液氧乙醇火箭發(fā)動機VTLRE，單臺發(fā)動機推力3kN。

2019年8月，翎客的RLV-T5第三次發(fā)射及回收試驗在青海省冷湖鎮(zhèn)進行，此次試驗飛行時間50秒，實際飛行高度300.2米。

盡管RLV-T5型火箭的動力為乙醇（酒精）而非真正的火箭動力。但在當時也吸引了相當多的社會關注。

當時面對現(xiàn)場記錄的鏡頭，數(shù)位翎客工作人員一度激動到大聲呼喊。

翎客CEO胡振宇在微博發(fā)聲：感動到淚奔！

技術總監(jiān)楚龍飛認為，該火箭主要用于未來亞軌道和入軌級可重復使用火箭的先期技術探索。

而代號RLV-T6的百公里級亞軌道可重復使用火箭，有望于2019年底完成全箭總裝工作，預計2020年首飛。

RLV-T6火箭總長14米，最大外徑1.5米，載荷能力為500-1000千克，最大高度可達150千米，可用于臨近空間飛行、高空探測、衛(wèi)星測試、生物載荷等軍事、科研領域試驗。

然而事與愿違，后續(xù)的幾年，遲遲未見RLV-T6火箭首飛的消息，翎客官方微博也在2022年11月后停止更新。

不過，其他民商火箭公司并未停止探索。

03、回收火箭2.0，全民轉向可回收

在國外企業(yè)先試先行、國內(nèi)政策鼓勵支持等多重因素下，2019-2023這幾年的中國航天，除了翎客，其他民商公司也在從各自角度出發(fā)，開始探索可回收火箭相關技術。

深藍航天，星云M

2021-2022年，深藍航天進行了多次星云-M”驗證箭的VTVL試驗，動力為“雷霆-5”電動泵液氧煤油發(fā)動機。

星河動力，火鳥系列回收驗證器

2023年7月，星河動力進行了縮比火箭“火鳥-1”的簡單飛行測試，動力為航空發(fā)動機。據(jù)其當時規(guī)劃，2024年將開始進行火箭動力的全尺寸“火鳥-6”的飛行測試。

中科宇航，海上垂直回收演示驗證

2023年1月，中科宇航在山東海陽進行了垂直回收驗證飛行器的海上試飛。該飛行器直徑0.5m，高2.1m，動力為兩臺56Kg推力的渦噴發(fā)動機。

空天引擎，星鏑-1S (AX-1S)驗證器

此外，多家商業(yè)火箭公司也在這一時期做了可回收相關的技術驗證。

當年曾關注商業(yè)航天項目的前資本從業(yè)者宇飛說：“那時候的火箭商業(yè)計劃，或多或少都在做一些回收復用的驗證和探索，進展和特點各有不同。現(xiàn)在回頭看，不論是直路還是彎路，都算是有益的嘗試?！?/p>

• 回收：百米級、十公里級、軌道級

2022年開始，相關監(jiān)管部門開始針對可重復使用火箭設立了專項（液氧甲烷）參與項目需要完成相應節(jié)點，以獲得相關支持。

三階段的目標由易到難，分別為：

• 完成數(shù)米-數(shù)百米級回收。
• 完成10公里級回收。
• 完成軌道級火箭的回收。

除了按要求萬幸飛行動作外，還需要在各階段進行相關技術驗證。

于是，近兩年，4家入圍企業(yè)輪番開始了“VTVL才藝展示”，在驗證各自產(chǎn)品關鍵技術的同時，也為推動我國回收復用火箭的發(fā)展貢獻了力量。

接下來，誰先完成軌道級火箭的發(fā)射和回收將是最終大考。

• 中國回收復用火箭：百花齊放

2023年以來，各地地方政府的相關政策也紛紛增加“支持可重復使用火箭”的內(nèi)容。

• 《北京市加快商業(yè)航天創(chuàng)新發(fā)展行動方案（2024-2028年）》：明確提出到2028年，北京在全國率先實現(xiàn)可重復使用火箭入軌回收復飛，形成低成本高可靠星箭產(chǎn)品研制能力和大規(guī)模星座建設運營能力。
• 《武漢市推進商業(yè)航天突破性發(fā)展若干措施》：以“揭榜掛帥”“軍令狀”等方式支持可重復使用火箭研發(fā)、衛(wèi)星通導遙一體化、航天配套分系統(tǒng)、空間信息應用等商業(yè)航天重大關鍵核心技術攻關。
• 《上海市促進商業(yè)航天發(fā)展打造空間信息產(chǎn)業(yè)高地行動計劃（2023—2025年）》：提到要開展“可重復火箭垂直起降”等關鍵技術攻關，關注制約發(fā)射成本的技術問題，推動火箭回收技術的發(fā)展

政策紅利的加持下，更多民商火箭公司紛紛開展或計劃各自的回收復用試驗。

2024年9月，深藍航天在內(nèi)蒙古額濟納旗開展星云一號垂直回收飛行試驗（未取得完全成功），并計劃2025年進行高空回收試驗。

2024年12月，箭元科技在山東海陽東方航天港開展元行者一號驗證型火箭靜態(tài)點火試驗，并計劃后續(xù)進行飛行試驗。

另外，還有一批初創(chuàng)火箭公司，計劃采用本文開頭說的其他回收方式，包括但不限于塔架回收、傘降+氣囊回收等技術。

這些新創(chuàng)業(yè)者們尚在早期階段，雖然各自的火箭方案中會看到國內(nèi)外其他企業(yè)的影子，但讓未來中國的可回收火箭有了更多可能。

唯一需要憂慮的是，新選手的發(fā)展速度是否能趕得上市場需求爆發(fā)的階段。

已在某初創(chuàng)火箭公司的小亮認為，除了自身產(chǎn)品驗證需要更多時間成本外，技術儲備與研發(fā)能力（包括人才）也是回收火箭新玩家們的難點之一。同時，現(xiàn)在的市場環(huán)境下，想要獲得持續(xù)的大額融資也并非易事。

最終能否走到成熟產(chǎn)品階段，只能由時間驗證。

距離2015年獵鷹火箭實現(xiàn)回收復用已過去10年，中國航天從臨淵慕魚到退而結網(wǎng)，逐步出現(xiàn)了一批“準回收火箭”。

當下的需要注意的是，一方面，要加快新箭的研發(fā)和服役，盡快形成規(guī)模化發(fā)射能力；另一方面，也應做好風險防控和預案。更重要的是，從頂層管理上，協(xié)調(diào)好資源配置、監(jiān)管保障，持續(xù)為中國可回收火箭們賦能。

回收復用火箭意味著更大的運力、更低的成本，應成為我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設以及商業(yè)航天發(fā)展的強大助力之一。

期待中國航天的火箭復用時代。

應被訪者要求，文中宇飛、小亮為化名。

期待你的觀點或故事，投稿請發(fā)至：observer40116@163.com

參考及引用：

宋征宇, 吳義田, 徐珊姝, 等. 長征八號:長征火箭系列商業(yè)化與智慧化的先行者[J]. 深空探測學報(中英文), 2021, 8(1):3-16.

https://mp.weixin.qq.com/s/53Kqr3XKglaHUDU0uXO9jA；

https://www.bilibili.com/video/BV1Db421H7aX/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=69e837f3b5038983029b5cbe27482609；

https://www.bilibili.com/video/BV1MfsBe5EbX/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=69e837f3b5038983029b5cbe27482609；

https://mp.weixin.qq.com/s/QMUAh7JnnBOhW9-x44LTjw；

https://sat.huijiwiki.com/wiki/%E7%81%AB%E7%AE%AD%E5%9B%9E%E6%94%B6/%E4%B8%AD%E5%9B%BD

https://www.bilibili.com/video/BV12z421d7eo/?vd_source=69e837f3b5038983029b5cbe27482609；

https://www.sastind.gov.cn/n10086167/n10086216/c10402687/content.html；

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_1704360；

https://www.takefoto.cn/viewnews-1481152.html；

各企業(yè)官網(wǎng)、wiki及網(wǎng)絡公開資料；

衛(wèi)星百科編輯部、熹天取經(jīng)、spacelens對本文亦有貢獻。

文章為作者觀點，為分享有價值的觀點發(fā)布，并經(jīng)過排版編輯。

轉載請注明出處及作者，

部分圖片來源于網(wǎng)絡，難以確認原始出處，請作者聯(lián)系后臺。