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中國火箭復用技術百花齊放,超越俄歐追趕美國!

美國獵鷹火箭回收司空見慣,重型獵鷹首飛更是兩枚助推器一起降落

美國太空探索技術公司的獵鷹九號火箭實現了第一級回收和重複使用,成為一種重複使用的運載火箭,顯著降低了火箭發射成本。獵鷹九號火箭本來就以價格便宜著稱,重複使用後價格優勢更加明顯,面對這一威脅俄羅斯、歐空局和日本都在研製新的運載火箭,我國長征火箭雖然不直面獵鷹火箭威脅,但火箭復用研製卻跟進的最快!

運載火箭價格居高不下,最關鍵的還是一次性使用的因素。火箭的推進劑本身沒多少錢,即使是以昂貴著稱的偏二甲肼/四氧化二氮推進劑,長征二號F火箭的推進劑成本也只有發射成本的1/20左右,既然如此要是這佔了95%以上成本的箭體能重複使用,發射入軌的成本不就雪崩式的下降了么?工程師們早都想到了這個道理,火箭重複使用的想法早已有之,但由於技術和工程難度太大,重複使用運載器屢戰屢敗,最著名的就是比一次性火箭還貴的太空梭了。

藍色起源公司的新格倫火箭也將垂直降落回收,預計2020年首飛

馬斯克創建了太空探索技術公司,他的獵鷹九號火箭實現了第一級的垂直降落回收,以及回收後再次投入發射,這是重複使用火箭發展中了不起的里程碑。那麼重複使用後可靠性如何呢?獵鷹九號火箭首次發射有爆炸的,然而第二次發射卻是100%的成功,這樣的事實回答了人們對復用火箭的憂慮。現在爭論運載火箭能不能復用,復用可不可靠都過時了,現在的問題是跟隨馬斯克開創的火箭復用潮流,儘快實現本國運載火箭的重複使用。俄羅斯和歐空局都有所動作,但一直雷聲大雨點小,倒是我們中國航天,不聲不響的要在2020年進行復用火箭的首次試飛啦!

上海八院計劃用長征六號改進出VTVL試驗箭,突破垂直降落回收技術

上海航天八院計劃首先使用長征四號乙火箭,於2019年首次試驗一子級柵格舵控制落區的技術,成功的話火箭殘骸散落範圍將縮小到現在15%,有效減少落區群眾躲火箭的麻煩;2020年他們還將用長征六號小型火箭試驗箭體垂直回收技術,突破火箭精確反推返回和安全垂直著陸的技術;接下來他們還要用液氧甲烷發動機研製全新的重複使用運載器,實現20次以上的復用次數,發射成本有望降低30%以上!

航天一院原來主攻傘降回收技術,後來也轉移到反推垂直著陸的路線上來

說起來北京的航天一院才是運載火箭的大哥大,一院當然也沒有袖手旁觀。航天一院多年來一直在試驗群傘加氣囊緩衝降落的傘降回收系統,還有基於可控翼傘的傘降回收系統,前者用於回收運載火箭一級,後者主要用於減少落區疏散範圍。一院的傘降演示實驗取得了一定的進展,但同時獵鷹火箭的垂直降落試驗獲得成功,於是一院也加大了對火箭反推著垂直著陸技術的投資和研究。航天一院底子厚,他們的復用火箭研究進度很快,最近龍樂豪院士報告中提到未來的長征八號火箭也將反推回收!

獵鷹九號一級9台梅林一號發動機,梅林發動機節流能力又很強,我們怎麼辦呢?

長征八號火箭原定2018年首飛,但現在已經推遲到2020年,最主要的變化就是長征八號將成為重複使用火箭的試驗箭!長征八號火箭芯一級頂部增加了柵格舵,底部增加了著陸腿,它的兩個助推器不分離,將和芯一級整體垂直著陸。這個創意充分體現了中國人的聰明才智:我們知道火箭垂直著陸時反推推力不能太大,但著陸時推進劑基本耗光了,而箭體又很輕,這就要求採用多發並聯設計,同時發動機具備深度節流能力,藍色起源的新格倫火箭就是這麼山寨的。

我們沒法直接山寨獵鷹九號,但用長征八號因地制宜也在搞垂直著陸回收技術

我國的運載火箭和發動機暫時沒法大改,怎麼辦?那就增重唄!兩個助推器和芯一級不分離,一子級整體著陸的重量就大多了,充分緩解了垂直著陸的難度和壓力。航天一院表示,2020年我國將使用翼傘回收長征三號乙火箭的助推器,實現助推器的落點控制,減少落區疏散範圍,同時長征八號火箭首飛,一子級整體垂直回收,突破火箭垂直降落回收技術。

我國還將使用翼傘控制長征三號火箭的助推器落點,減少對落區群眾的干擾

總而言之,2019年到2020年我國運載火箭將先後突破一子級落點控制和垂直回收等技術。我國火箭復用試驗進度僅次於美國,將成為世界上第二個具備火箭回收和重複使用能力的國家,更把日本、歐空局和俄羅斯甩在身後,在運載火箭核心技術上第一次超越這些航天強國。


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