SpaceX成功發射「二手回收」火箭，中國也在研究火箭回收

3月31號，美國太空探索技術公司（SpaceX）利用一枚「二手」的獵鷹-9（Falcon9）火箭一級助推器成功發射了一顆盧森堡的通訊衛星。這是人類歷史上首次實現「重複利用運載火箭發射衛星」。而先前Space X公司的發射活動解決了回收運載火箭這一難題。

（3月31號獵鷹-9火箭發射現場）

一般來說，火箭發動機可以重複使用至少50次，而運載火箭最貴的部件也正是火箭發動機，因此回收運載火箭的一級助推器並重複利用可以降低30%的發射成本。SpaceX公司研發的獵鷹-9火箭也因其可回收和價格低廉的優勢，成為商業航天運載市場上的佼佼者。而回收火箭是降低航天發射成本的有效方法，也是航天領域的一個熱門研究方向。本文將簡要地討論一下火箭垂直回收技術，並根據公開的資料和報道，為讀者介紹在這一領域的研究。

（同樣採用垂直回收方案的「新格倫」火箭）

獵鷹-9火箭採用垂直回收，這種回收方式的一般過程是火箭一級與載荷或上面級分離后，藉助姿控發動機調整火箭姿態，使其以尾部朝向地面的姿態再入大氣層。在再入過程中火箭主發動機會多次點火減速並調整火箭姿態，提高降落精度。在接近地面時，火箭著陸腿打開，主發動機再次點火減速，火箭將在空氣舵面和推力矢量的作用下作落地前的姿態調整，然後以垂直於地面的姿態降落。這個過程是不是在科幻電影里很常見呢？

（獵鷹-9火箭第一級在駁船上降落）

這個方式的優點在於回收降落精度高，根據SpaceX公司的說法，採用垂直回收方式的獵鷹-9降落精度可以控制在10米以內。這對於以海上回收為主的獵鷹-9來說至關重要，因為獵鷹-9要在茫茫大海上一艘小小的駁船上降落，稍有不慎就會濺落大洋。另外這種回收方式對火箭及其箭載設備衝擊較小，對箭體強度要求較低，相對「薄皮」的獵鷹-9正適合採用這種回收方式。

（執行CRS-6發射任務的獵鷹-9火箭一級回收失敗，是一次成功的反艦導彈實驗）

然而這種回收方式的缺點也十分明顯。首先因為返回過程中需要消耗燃料，所以需要將載荷送入軌道的燃料的一部分用於回收過程，這麼一來就造成了運力的損失。據計算，獵鷹-9火箭在進行回收時，運力損失超過50%！在不回收的情況下也有大概28.90%的運力損失。在考慮採用這種回收方式時，所帶來的運力損失也值得研發人員三思而行。其次由於在降落過程中燃料有剩餘且火箭發動機處於工作狀態，一旦出現事故導致回收失敗，火箭就有在降落過程中爆炸的風險。獵鷹-9也有好幾次因降落失敗而導致回收作業變成反艦導彈實驗。換言之，採用垂直回收方式的火箭在其發射-回收過程中至少有兩個環節存在爆炸的風險，而傳統火箭只有一個。

（獵鷹-9火箭第一級的九台梅林1D發動機）

此外，垂直回收技術複雜，對火箭的姿態控制提出了很高的要求。尤其是要求火箭主發動機具有較大的推力調節範圍和推力矢量控制。獵鷹-9第一級使用了多達9台梅林1D發動機以獲得相對較強的推力和控制能力，發動機台數的增多使得控制系統的複雜程度上升，系統可靠性下降。而當代大型火箭大多傾向於提高單台發動機推力，減少發動機數量。若想用較少的發動機數量實現垂直回收，則對火箭發動機的節流能力提出了較高的要求，增大了火箭發動機的研發難度。

（航天科技設想的兩種可回收火箭方案，右側即為垂直回收方案）

一般來說，火箭發動機可以重複使用至少50次，而運載火箭最貴的部件也正是火箭發動機，因此回收運載火箭的一級助推器並重複利用可以降低30%的費用。在可回收火箭方面也做了相關調研，運載火箭技術研究院研發中心的可回收火箭項目始於2011年，和Space X公司提出的可回收火箭研發計劃幾乎是同一時間。根據相關公開報道，運載火箭技術研究院研發中心完成了垂直回收的方案論證，並且完成了相應的模擬研究。

（題圖，獵鷹-9火箭佇立在發射過土星5號和太空梭的LC-39A發射架上）

航天科技設想的垂直回收火箭方案採用一級3台60噸級液氧甲烷發動機，二級則為兩台8噸級液氧甲烷發動機。當垂直回收一級助推器時，火箭可將大於800公斤的衛星運送至700公里的太陽同步軌道。但是由於在同時進行降落傘式、翼傘式、垂直回收式三種火箭回收方式的研究，所以未來的可回收火箭是否會採用垂直回收這一相當「科幻」且「酷」的回收方式，還請各位拭目以待。

作者：ScarletKaze 歡迎訂閱微信公眾號：軍情解析（ID：junqingjiexi）