高天偉：國產可重複火箭完成10公里測試，有一點與馬斯克很不一樣

【文/觀察者網專欄作者 高天偉】

2024年6月23日，由我國航天科技集團八院研製的重複使用運載火箭新技術驗證箭，在酒泉衞星發射中心成功進行了10公里級飛行試驗。

試驗中，火箭由3台變推液氧甲烷發動機推動，上升至約12公里高度，關閉兩側發動機，中心發動機調節推力，火箭受控下降，在距離地面50米處，四條着陸腿展開，隨後火箭緩速下降，高度趨近於零，穩穩落在回收場坪，實現定點垂直軟着陸，試驗取得圓滿成功！航天科技集團評價本次試驗“為2025年如期實現4米級重複使用運載火箭首飛奠定了技術基礎。”

我們為什麼要發展可重複使用運載火箭的驗證箭？我國什麼時候能出現類似美國獵鷹9號的“完全體”可回收複用火箭？行業競爭與合作格局如何？這篇文章就來簡要探討下。

早在上世紀六十年代初期，包括錢學森在內的航天科學家就已經通過嚴密論證，指出火箭回收複用可以極大提高週轉效率、降低成本。但由於計算能力、材料、氣動、控制、工藝乃至決策、管理等相關領域發展暫未達到理想水平，工程實踐並非一帆風順。例如上世紀70年代美國研製的航天飛機，設計上僅外部主燃料箱為一次性產品、不拋棄任何發動機，其複用程度在已經實現入軌的航天器當中，至今無人能出其右，但由於研製方嚴重低估了產品綜合成本，項目入不敷出，最終航天飛機於2011年在剩餘大量理論壽命的情況下退役。

退役的美國奮進號航天飛機，現陳列於美國洛杉磯加州科技博物館。

2010年之後，火箭回收複用技術終於取得實用性突破。例如美國SpaceX主力載具獵鷹9號火箭，其一級在完成任務後，可以調整姿態並數次點火，以垂直姿態在陸地或者拖船上着陸，並經檢修後複用。截至目前，單個箭體已經創造飛行21次記錄。SpaceX憑藉僅僅十餘枚一級箭體，在2023年進行了96次入軌發射，遠遠超過全球任何其它國家或者商業航天實體；而運力近20噸的單箭報價降低至5000餘萬美元，幾乎全球最低。除了SpaceX以外，美國藍色起源公司也實現了飛行高度100公里的箭體複用，用於服務新謝潑德號亞軌道載人飛船。

SpaceX獵鷹9號火箭

箭體垂直回收是控制、結構、動力、氣動、導航、通信等不同專業深度融合、密切關聯、牽一髮而動全身的技術，且最近10年才得到全面發展，全球技術積累較少。為了以較低成本、從易到難、由主到次地驗證相關設計，SpaceX於2012年首飛了名為“蚱蜢”的垂直起降驗證箭，由燃料貯箱、1台獵鷹9號火箭使用的梅林1D發動機以及固定式着陸支腿組成。2012年至2013年在新墨西哥州試驗場，該箭先後進行了8次成功的垂直起降試驗，飛行高度從1.8米逐漸遞增至744米。隨後，SpaceX又研製了換用真實箭體、發動機增加到3台並改用可收放式着陸支腿的獵鷹9R Dev1驗證箭，並於2014年進行了4次試飛。受益於這些前期測試， SpaceX終於在2015年12月21日首次成功回收一級箭體。

獵鷹9R Dev1驗證箭

參考SpaceX的做法，我國企業也選擇了“由驗證箭起步”的技術路線，並且出手即不凡。以6月23日試驗為例，航天八院產品首飛即跳過“蚱蜢”階段直達獵鷹9R Dev1水平，這也是 “為2025年如期實現4米級重複使用運載火箭首飛奠定了技術基礎”的信心由來。今年內，試驗箭還計劃開展75公里高度、模擬一級箭體全程飛行的測試，從而完成正式嘗試前的“臨門一腳”。

航天科技集團八院研製的重複使用運載火箭新技術驗證箭

除了“國家隊”以外，我國民營企業的進展也堪稱神速。2024年1月19日，藍箭航天的朱雀三號VTVL-1可重複使用垂直起降回收驗證火箭首次試飛即成功完成300米級別飛行，達到SpaceX“蚱蜢”第六次試驗水平（藍箭也計劃於近期開展10公里級別試驗）。

正在進行300米飛行試驗的藍箭航天朱雀三號VTVL-1可重複使用垂直起降回收驗證火箭

此外，航天科工、翎客航天、深藍航天、星際榮耀等企業也已經開展可回收火箭試驗。百花齊放、百舸爭流。我國可重複使用火箭研製已經呈現出起點高、進步快、企業多樣的特點，為早日投入實用打下了良好基礎，而目前除了中美，尚無其它國家開展過百米級別的火箭垂直起降試驗。

技術以外，6月23日的試驗還有一個不可忽略的話題點：“國民合作”。

火箭由航天八院抓總研製，而所用的70噸推力發液氧甲烷動機來自民營企業九州雲箭。“70噸”處於可複用火箭的理想推力區間，“液氧甲烷”則是國際公認的未來清潔可複用燃料。航天八院基於性能、時間、價格等因素考慮，選擇了外採關鍵產品，並最終取得良好效果，體現了效率優先的商業航天策略。

這種自研與外採相結合的研發模式，並不符合SpaceX倡導的“生產鏈條自主化”。後者誕生的背景，是馬斯克對生產效率的極致追求與美國傳統航天昂貴、低效生產模式之間的矛盾，只有SpaceX“擼起袖子自己幹”方能有效化解。但在我國，經過多年競爭迭代，已經湧現出一批比較優質的配套企業。以商用可重複使用液體發動機為例，目前有能力向市場提供推力處於“黃金區間”（50-100噸）產品的企業，就包括航天科技集團、航天科工集團、藍箭航天、天兵科技、星河動力、九州雲箭、星際榮耀等至少7家國企和民企（排名不分先後），覆蓋液氧煤油和液氧甲烷兩條主流路線，且已有成交實踐案例。

例如，2023年4月，民營天兵科技研製的天龍二號火箭首飛取得圓滿成功，一舉打破了自SpaceX起全球7家新興航天企業首發液體火箭均失利的魔咒，這款火箭所使用的便是由航天科技集團研製的液發102發動機；而剛剛過去的6.23試驗，則是“國家隊”首次向民企採購發動機產品。

自主研製與集成研製成功結合的案例，説明我國商業航天或許存在有別於馬斯克的其它發展路徑，即也能像手機、汽車等其它行業那樣，充分利用國家工業門類齊全的優勢，通過有序分工與協作，在最大範圍（甚至超出行業）實現供應鏈優化、分享發展成果。

畢竟“像馬斯克”不是目的，效率才是。相信隨着行業深入發展，我國商業航天一定會摸索出更適合國情的路線。

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