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关于火箭回收,国内或许有更大想象空间?

关于“可回收火箭”,虽然早已不是什么新鲜事,但却是个持续上新的热门话题。

近日,美国火箭公司——斯托克航天首次开展二级原型机着陆测试,在15秒的测试飞行中,火箭二级原型机上升到了大约9米的高度,然后稳定着陆。 

该公司表示,本次试验证明了其在开发稳定、快速可复用火箭方面技术的合理性,向开发完全可重复使用的运载火箭迈出重要一步。

近年来,国内外航天界各类火箭花式回收大法,乍一看确实令人眼花缭乱。在“通天”赛事中,各路英雄好汉摩拳擦掌,各显神通。透过这番热闹景象,有必要回归火箭回收的本质,理一理当下进度条,看看国内在可回收火箭方面有怎样的期待空间。

回收的尽头一定是发射降本增效

“在星际航行的初始试验阶段,飞行次数比较少,一次性的火箭这样做还可以,但是对于未来的频繁的发射来说,这就是浪费,所以我们应该想办法把空的运载火箭收回来。”早在1962年,钱学森撰写的《星际航行概论》中就已经明确提出了运载火箭回收的设想。

火箭回收花样很多,但无论是整体回收,还是部分回收(火箭一级、助推器等),其终极目标是一致的——将一次性“奢侈品”进行循环利用,不断降低发射成本。

近十年来,火箭回收的大舞台上,最活跃、最耀眼的非美国太空探索技术公司(SpaceX)莫属。虽然不是火箭回收的开创者,但SpaceX的确用实际行动将技术逐渐成熟化和市场化。

自2015年12月、2016年4月,猎鹰9号一级火箭分别实现全球首次轨道发射火箭陆地回收和首次海上回收以来,SpaceX研制的猎鹰运载火箭已经实现常态化可重复使用。

就在北京时间9月24日,SpaceX公司使用一枚17手猎鹰九号火箭从卡纳维拉尔角发射了第108批星链卫星,这也是该公司第二次使用17手火箭。 

虽然火箭发射具体价格一般不对外公布,但从SpaceX创始人伊隆·马斯克之前在一些公开场合的说法来判断,猎鹰9号回收能够节约大概70%的成本。

近年来,欧盟、日本、俄罗斯、印度等都纷纷抢滩可回收火箭领域。火箭回收技术成为航天大国激烈角逐的前沿阵地之一,也在一定程度上说明了该技术可能带来的巨大成本压缩空间。

当然,从另外一个角度而言,如果宣称掌握了火箭回收技术,但并没有体现在发射价格的优势方面,那意味着并没有达到回收的真正目的。

“垂直回收”是主流姿势

纵观国内外,目前火箭回收的主流方式有三种,分别为伞降回收、垂直回收、带翼飞回。不同的回收方式具有不同特点,也意味着不同的“打怪升级”难度。

降落伞垂直下降,即在火箭分离后先进入返回地球大气层的返回轨道,接着在低空采用降落伞减速,最后打开气囊或用缓冲发动机着陆。比如,联合发射联盟公司(ULA)的火神火箭,其一级发动机结束工作完成级间分离后,使用降落伞进行减速,由直升机在空中实现回收。

垂直回收是通过重启一级火箭发动机以减速并调整至指定地点的回收方式。如猎鹰9号运载火箭回收时,在该火箭一级火箭分离后,通过姿态控制系统使一级火箭倒转,随后重启发动机以反推火箭进入预定返回轨道,进入大气层后通过栅格舵进行减速,最后阶段再次重启发动机实现垂直着陆。

带翼飞回,即箭体采用翼式飞行体,在变轨制动后,火箭像飞机一样水平降落返回地面,但基本上仍停留在概念设计阶段。

对比而言,伞降回收难以控制着陆点,火箭落地后发动机也随之报废,与真正意义上的“回收利用”不是一个概念。

垂直回收可实现包括发动机在内的核心部件回收,商业应用价值最高,但同时需要攻克一系列关键技术问题,比如返回最优制导及落点精度控制,大气层高效减速及姿态控制,发动机推力可调,高效着陆缓冲装置等。

国内火箭回收或许有更大想象空间

对于国内蓬勃发展的民营商业火箭公司来说,可回收火箭的理念,几乎被牢牢刻在了基因里,并且在实践层面上也比较活跃。

2019年8月,翎客航天进行了公里级可回收火箭RLV-T5第3次发射及垂直回收试验,这也是我国民营火箭首次成功进行的低空飞行回收试验。

2022年6月,深蓝航天“星云-M”1号缩比试验箭完成了1公里级垂直起降飞行试验,火箭最后降落至着陆场“靶心”位置不足0.5米的点位。

……

探索的勇气值得敬佩。不过,需要注意的是,以上距离真正意义的垂直起降回收试验都还有一定差异,起码尚未实现全尺寸火箭的垂直起飞和降落。

基于当下国内民营火箭情况分析,接下来非常值得期待的是星际荣耀自主研制的可重复使用小型液体运载火箭双曲线二号。

说起具体期待点,必然绕不开该火箭的“推进剂”,也就是燃料——液氧甲烷。