力箭二號首飛取得圓滿成功，可喜可賀。回顧發(fā)射過程，細心的網(wǎng)友也一定注意到了火箭升空的速度相比當(dāng)今主流運載火箭明顯有些慢，而且相較于同等起飛重量的火箭，力箭二號運載系數(shù)并不是最高的。這也絲毫不意外，因為力箭二號面推比、推重比都不高。 由于單位截面積提供的推力較小（面推比低），火箭在穿越稠密大氣層時需克服更長的重力損失時間。相比長征十二號（單芯級大推力）或天龍三號，力箭二號在起飛階段的加速度上升確實較慢，這也導(dǎo)致更多的推進劑被用于“對抗重力”而非“增加速度”，這在一定程度上降低了其理論運載效率。
值得一提的是， 力箭二號單枚芯級采用3臺發(fā)動機呈等邊三角形布置，這也是很少見的。

二

當(dāng)然了，本次首飛的力箭二號并非裝配力擎二號可復(fù)用的“完全體”，力箭二號后面的表現(xiàn)更值得期待。

除了早期頻繁炸機撲街的獵鷹，在傳統(tǒng)圓柱形箭體中，多采用“1+N”或多機環(huán)形對稱布局。而力箭二號的設(shè)計確實獨特，但也同樣帶來了可靠性的優(yōu)勢：

1. 結(jié)構(gòu)力學(xué)與推力傳遞的平衡

傳力路徑優(yōu)化：三角形布置能使三臺發(fā)動機的推力支架匯聚于芯級底部的中心主承力點，載荷分布相對均勻，避免了偏心力矩對箭體結(jié)構(gòu)的過度損耗。

空間利用率：3臺發(fā)動機在有限的箭體截面內(nèi)（通常為3.35米或3.8米直徑）能保持較大的安裝間距，不僅方便了管路排布，也為每臺發(fā)動機提供了±6° 的雙向搖擺空間，確保了飛行過程中的姿態(tài)控制能力。

2. 垂直回收的“天然優(yōu)勢”

力箭二號的這種布局更是為集束式垂直回收重復(fù)使用量身定制的：

低推力下限：在回收著陸段，力箭二號可僅開啟3臺發(fā)動機中的單臺進行減速。由于單臺力擎二號推力約110噸（首飛使用YF-102的推力約為84噸），對于近乎排空的箭體而言，這種“1/3推力”的狀態(tài)能提供更精準的節(jié)流控制，避免了動力過剩導(dǎo)致的著陸失敗。

重心對齊：通過精確的推力矢量控制，單發(fā)工作時仍能保持推力線盡可能靠近箭體縱軸，降低了對姿態(tài)控制系統(tǒng)（RCS）的壓力。

3. 極速迭代與商業(yè)冗余

通用化降本：三角形布局允許芯級模塊完全通用（芯一級即為助推器），無需為助推器重新設(shè)計偏置的發(fā)動機支架，實現(xiàn)了生產(chǎn)線的高度統(tǒng)一。

圖：相比于同等重量的獵鷹（也是煤油發(fā)動機復(fù)用火箭），力箭二號的面推比、運載系數(shù)確實相差很大。

三

另外，更為大家津津樂道的是CBC構(gòu)型設(shè)計，尤其是今后復(fù)用版本也是堪稱“長征八號R還魂版”所采用的集束式垂直回收模式。

其主要優(yōu)點顯而易見：

研發(fā)與生產(chǎn)的高效通用性：芯一級與助推器在結(jié)構(gòu)、動力及管路上完全一致。這種“拼積木”式設(shè)計大幅降低了研發(fā)成本和生產(chǎn)線復(fù)雜度，通過單一模塊的批量化生產(chǎn)即可覆蓋2噸至20噸的運力區(qū)間。

顯著的回收便利性（集束回收）：這是該構(gòu)型最大的創(chuàng)新。三芯并聯(lián)后作為一個整體進行集束式回收，全箭僅需配置一套格柵舵和一套著陸腿（分布在芯級與助推器上）。這避免了各助推器獨立回收所需的多套重復(fù)設(shè)備，顯著提升了回收部分的價值占比，攤薄了發(fā)射成本。

動力冗余與安全性：全箭起飛級共有9臺發(fā)動機，具備強大的容錯能力。若單臺發(fā)動機在飛行中失效，控制系統(tǒng)可通過算法調(diào)整實現(xiàn)動力補償，確保任務(wù)不因單機故障而失敗。

著陸推力調(diào)節(jié)靈活：在回收階段，可通過僅開啟單臺發(fā)動機實現(xiàn)極小的推力輸出，解決了大推力火箭難以精確懸停著陸的難題。

四

甘蔗沒有兩頭甜，這樣的回收方式不可避免也有明顯缺點：

重力損失較大（低面推比導(dǎo)致）：三芯并聯(lián)增加了火箭的橫截面積，導(dǎo)致氣動阻力劇增。同時，較低的面推比使得起飛加速度上升較慢，火箭在穿越稠密大氣層時會消耗更多燃料來對抗引力，降低了載荷比。

結(jié)構(gòu)死重較高：由于三個芯級都有獨立的殼體結(jié)構(gòu)和底座，相比同等直徑的單芯級大火箭，其結(jié)構(gòu)自重更大，在運載效率上天然遜于單芯級高壓補燃構(gòu)型。

氣動環(huán)境復(fù)雜：三體并聯(lián)在高速飛行過程中，芯級之間的窄縫會產(chǎn)生復(fù)雜的激波干擾和氣動熱反饋，對導(dǎo)航制導(dǎo)（GNC）和熱防護設(shè)計提出了嚴苛挑戰(zhàn)。

或許， 力箭二號采用的CBC構(gòu)型與多機并聯(lián)導(dǎo)致的面推比（起飛推力與箭體最大截面積之比）較低，這是一種典型的“以性能換取商業(yè)可靠性”的工程折中方案，這也很符合中科宇航研發(fā)該款火箭過程中的一貫思路。

通過增加成熟小推力發(fā)動機的數(shù)量，而非研發(fā)昂貴的大推力補燃循環(huán)發(fā)動機，同時，將芯級與助推器通用化，可實現(xiàn)發(fā)動機的大規(guī)模批量生產(chǎn)，極大地攤薄了單臺引擎的研發(fā)和生產(chǎn)成本，符合商業(yè)航天對低成本、高頻次的追求。而且，相對于大推力單機方案，力箭二號在上升段的故障容錯率更高。

另外，低面推比通常配合更更精細的推力調(diào)節(jié)，在回收著陸階段，開啟單臺發(fā)動機即可獲得極小的推力下限，避免了推力過大導(dǎo)致的“彈跳”或無法著陸，對垂直回收的支撐能力優(yōu)于高面推比的大型單機。

所以，小步快跑力箭的傳奇還將繼續(xù)……

了不起的中國制造

出品 | 網(wǎng)易新聞