中國可重複使用火箭方案首次公開 居然採用兩種模式

原標題:可重複使用火箭方案首次公開 居然採用兩種模式

小火箭出品

本文作者：邢強博士

在2017年的全球航天探索大會上，小火箭有幸目睹了可重複使用運載火箭方案首次向全世界公開的場景。在此感謝國際宇航聯合會，感謝宇航學會。

的可重複使用運載火箭的目前方案以兩條技術路線為主：

第一：傘降回收；

第二：垂直起降回收。

這兩種方案目前均已經對相應的關鍵技術進行了一定程度的計算分析，並且部分技術已經得到了空中投放試驗的飛行驗證。

有關降落傘回收的驗證試驗是做過的。而且歷史上有成功應用的案例。比如太空梭的助推器SRB就是用降落傘回收的。SRB是世界上推力最大的固體火箭發動機，也是人類第一次在載人航天中使用固體助推器。

在上升段，太空梭的固體火箭助推器分離后，釋放導引傘，然後拉出主傘，最後濺落在大洋上。被打撈后的空殼子灌注新的固體推進劑后重新使用，而且同一個殼子可以用五次左右。

但是，傳統降落傘回收在今後的可重複使用運載火箭中如果要真正得到應用，還需突破兩項關鍵技術：

第一：傘降著陸地點不確定。這就給回收帶來了麻煩。也就是限制了通常只能採用海上回收的方式（避免影響人口稠密地區）。因此需要對傘翼控制以及傘降地點預報預測技術進行攻克；

第二：傘降著陸的火箭，仍然具有一定的衝擊速度，會對箭體造成衝擊。著陸瞬間的姿態也難以控制。這會給復用的檢測和維護帶來麻煩。因此需要對傘降著陸的姿態控制和軟著陸的詳細方案實施攻克。

如果傘降方案使用可控傘翼的話，可以較為精確地控制落點和著陸姿態並成功實現軟著陸的話，是可以考慮用在可重複使用的運載火箭上的。

垂直起飛垂直降落的可重複使用運載火箭的方案則與SpaceX公司的獵鷹9號火箭類似。

上圖是首次對外公布的的可重複使用運載火箭的方案。

模擬參數：默林1D發動機，海平面比沖：282秒；真空比沖311秒；第一級發動機上升段工作時間：180秒。

為什麼要發展可重複使用運載火箭？

小火箭以獵鷹9號火箭為例：

問：假如SpaceX公司要實現重複使用2次火箭，可將第2次發射的報價降低20%（打八折）的話，每次回收后的檢測、維護保養費用應該控制在多少錢以內？

小火箭在這裡和大家一起計算一下：

第一次發射，全新的火箭，第一級的成本為3534.2萬美元，第二級的成本為812.4萬美元，給測控的弟兄們1242萬美元，利潤為621萬美元。

報價就是6209.6萬美元。

第二次發射，成功回收了第一級，第一級的成本要和第一次發射的攤平，為3534.2萬美元的一半（注意，這裡不能按0計算，而是要用類似折舊的演算法了），也就是1767.1萬美元。第二級得新造一個，也就是還是812.4萬美元，給測控的弟兄們還得有1242萬美元。加上X萬美元的檢測維修第一級火箭的費用，第二次發射的總成本為（3821.5+X）萬美元。

鎖定10%利潤的話，報價為（3821.5+X）/0.9萬美元。

那麼，用（3821.5+X）/0.9=80%*6209.6，就可以求出：

X=649.4萬美元。

也就是說，按照小火箭的估算，如果獵鷹9號可回收火箭只能回收第一級，而且只重複用了1次的話，只要回收后的維護保養費用控制在649.4萬美元以內，第二次發射的報價就能打八折。

如果SpaceX公司能夠把對第一級火箭的檢測維修成本控制在295萬美元以內的話，同一枚火箭的第8次發射的報價將會是一次性火箭的一半。如果平均每一枚火箭能夠發射3次的話，報價可以變為原報價的63.1%。

發展可重複使用火箭，能夠進一步讓火箭發射成本降低，這對於火箭提升在國際衛星發射市場上的競爭力有著重要的意義。

柵格翼用在如此巨大的火箭上尚無可以借鑒的模型。小火箭需要對柵格翼的氣動流場和其受力情況進行建模和模擬計算。

另外，在這次全球航天探索大會上，新型運載火箭長征8號的設計方案也首次公布。

小火箭祝願航天能夠以更多的型號、更多的發射數量、更低的發射成本和更高的可靠性來在國際商業衛星發射市場上贏得更多的市場佔有率。