中國(guó)火箭重復(fù)使用還要邁過(guò)幾道坎

圖為長(zhǎng)征二號(hào)丙火箭，深色部分為該火箭一子級(jí)（圖/中國(guó)航天科技集團(tuán)）

7 月26 日，一條看似平常的消息，卻在航天圈里炸開(kāi)了鍋。

當(dāng)天中午11 時(shí)57 分，長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火起飛，成功實(shí)現(xiàn)“一箭三星”發(fā)射?？此瞥B(tài)的一次火箭發(fā)射，卻承擔(dān)著一個(gè)鮮為人知的試驗(yàn)任務(wù)——火箭一子級(jí)的精準(zhǔn)回收。

直到兩天后，這個(gè)細(xì)節(jié)才對(duì)外公布。來(lái)自中國(guó)航天科技集團(tuán)的消息稱(chēng)，這一被稱(chēng)作“柵格舵分離體落區(qū)安全控制技術(shù)試驗(yàn)”的成功，標(biāo)志著我國(guó)成為繼美國(guó)之后第二個(gè)掌握此項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家，同時(shí)中國(guó)航天在落點(diǎn)可控、精準(zhǔn)回收領(lǐng)域取得了重大突破，向打造可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

可重復(fù)使用火箭？是的，正是這個(gè)創(chuàng)意讓業(yè)內(nèi)外人士激動(dòng)不已。如今，中國(guó)火箭回收技術(shù)驗(yàn)證邁出一小步，那么距離真正的火箭重復(fù)使用還有多遠(yuǎn)？

讓火箭“倒著飛”

7 月26 日13 時(shí)40 分，也就是長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭點(diǎn)火起飛103 分鐘之后，在貴州黔南州設(shè)定的落區(qū)范圍內(nèi)，試驗(yàn)人員順利找到了該火箭一子級(jí)殘骸。

長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭由中國(guó)航天科技集團(tuán)第一研究院抓總研制。按照長(zhǎng)征二號(hào)丙火箭副總設(shè)計(jì)師崔照云的說(shuō)法，這次嘗試，形象地說(shuō)就是讓火箭“倒著飛”——長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭上升時(shí)，位于一子級(jí)外側(cè)壁的幾片柵格舵緊貼箭體，以避免對(duì)發(fā)射造成影響。一子級(jí)分離后，重新返回大氣層，柵格舵完成了解鎖—展開(kāi)—按控制指令轉(zhuǎn)動(dòng)等一系列復(fù)雜動(dòng)作。

小小的柵格舵，展開(kāi)后如小翅膀，保持著箭體姿態(tài)穩(wěn)定，幫助一子級(jí)精準(zhǔn)回歸地面。

“其他火箭設(shè)計(jì)師都是解決火箭如何‘正著飛’進(jìn)入軌道，我們卻逆向思維，探究‘倒著飛’的問(wèn)題。”長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)師張大銘說(shuō)。

事實(shí)上，針對(duì)分離體落區(qū)安全控制，研制人員曾提出通過(guò)翼傘回收和柵格舵返回兩種技術(shù)方案。

此前，我國(guó)發(fā)射神舟系列載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F 運(yùn)載火箭，也曾安裝過(guò)柵格翼，其目的是保證逃逸飛行器的穩(wěn)定性。

崔照云說(shuō)，長(zhǎng)征二號(hào)F 運(yùn)載火箭的柵格翼展開(kāi)后是固定不動(dòng)的，近幾年，國(guó)外火箭上才開(kāi)始通過(guò)可擺動(dòng)的柵格舵來(lái)控制箭體的方向和姿態(tài)。

比如，全球唯一實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用的“獵鷹－9”火箭，使用的就是柵格舵技術(shù)。

2015 年12 月，在“獵鷹－9”火箭第20 次發(fā)射任務(wù)中，一子級(jí)首次成功著陸。一子級(jí)重返大氣后，進(jìn)行減速，調(diào)整箭體姿態(tài)。接近地面時(shí)，火箭一子級(jí)頂部四個(gè)柵格翼展開(kāi)，對(duì)箭體姿態(tài)進(jìn)行穩(wěn)定。主發(fā)動(dòng)機(jī)再次點(diǎn)火，火箭進(jìn)一步減速，一子級(jí)逐漸接近地面著陸場(chǎng)，實(shí)施軟著陸。

如今，我國(guó)試驗(yàn)采用柵格舵控制殘骸落點(diǎn)，也屬首次嘗試，科研人員擔(dān)負(fù)著“巨大的心理壓力”。

崔照云說(shuō)，此次試驗(yàn)選擇在大中型成熟運(yùn)載火箭最大的一子級(jí)上安裝柵格舵，要保證對(duì)火箭發(fā)射不造成任何影響；在一子級(jí)返回地面過(guò)程中，柵格舵要經(jīng)受上千攝氏度高溫、近10 倍自重的沖擊力，對(duì)提升研發(fā)制造技術(shù)不失為一種“巨大挑戰(zhàn)”。

可解決內(nèi)陸火箭殘骸落區(qū)安全問(wèn)題

所謂運(yùn)載火箭的重復(fù)使用，就是讓火箭的助推器、一子級(jí)等部件在發(fā)射后安全返回，經(jīng)過(guò)整修后重復(fù)利用。這個(gè)看似科幻式的設(shè)想，不僅已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，還正在成為各航天大國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展、角力比拼的新舞臺(tái)。

至于原因，成本低是業(yè)內(nèi)人士的第一個(gè)共識(shí)。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）發(fā)布的報(bào)告，同樣一枚“獵鷹－9”火箭，由NASA 研發(fā)至少要13 億美元，而商業(yè)公司僅花費(fèi)不到4 億美元。

因此也有人評(píng)價(jià)，埃隆·馬斯克，這個(gè)擁有億萬(wàn)擁躉的商業(yè)航天領(lǐng)軍者，已經(jīng)將航天發(fā)射的價(jià)格拉低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

對(duì)中國(guó)而言，這件事還有著更為現(xiàn)實(shí)的意義——減少傳統(tǒng)火箭發(fā)射時(shí)給落區(qū)百姓帶來(lái)的不便。

全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專(zhuān)家龐之浩指出，傳統(tǒng)火箭發(fā)射時(shí)，第一級(jí)、第二級(jí)甚至整流罩等殘骸完成任務(wù)后從高空無(wú)控墜落，落點(diǎn)散布范圍較大，可能涉及有人居住的區(qū)域。為保障人員安全，我國(guó)當(dāng)前的做法是在每次火箭發(fā)射之前，將落區(qū)內(nèi)百姓疏散到安全地帶。這不僅給當(dāng)?shù)匕傩諑?lái)不便，也增加了火箭發(fā)射的經(jīng)濟(jì)成本和工作難度?，F(xiàn)實(shí)的問(wèn)題是，由于社會(huì)迅猛發(fā)展和人口數(shù)量激增，我國(guó)于20 世紀(jì)六七十年代建立的內(nèi)陸火箭發(fā)射場(chǎng)周邊，火箭殘骸落區(qū)不再是絕對(duì)的無(wú)人區(qū)，近年有關(guān)貴州、江西等地的火箭殘骸掉落事件不時(shí)出現(xiàn)在新聞媒體上。掌握火箭殘骸落點(diǎn)可控技術(shù)后，對(duì)于解決我國(guó)內(nèi)陸發(fā)射場(chǎng)落區(qū)安全性問(wèn)題具有重大的意義。

中國(guó)航天專(zhuān)家、小火箭聯(lián)合會(huì)創(chuàng)始人邢強(qiáng)介紹說(shuō)，受先天的地理位置因素影響，火箭殘骸的落區(qū)問(wèn)題讓不少?lài)?guó)家頭疼。例如早年英國(guó)就因?yàn)檫\(yùn)載火箭殘骸的落區(qū)位于法國(guó)巴黎和德國(guó)柏林附近，被迫放棄在英倫三島發(fā)射火箭的計(jì)劃。相對(duì)而言，美國(guó)在此方面得天獨(dú)厚，從肯尼迪航天中心發(fā)射的火箭殘骸會(huì)落到大西洋，從范登堡空軍基地發(fā)射的火箭落區(qū)在太平洋，因此美國(guó)發(fā)展相關(guān)技術(shù)的原因集中在火箭可重復(fù)使用上。而中國(guó)除了海南文昌發(fā)射中心外，現(xiàn)有內(nèi)陸火箭發(fā)射場(chǎng)都更要注重落區(qū)安全問(wèn)題，因此可以說(shuō)，中國(guó)比美國(guó)更需要掌握火箭殘骸的落點(diǎn)可控技術(shù)。

現(xiàn)在“落得準(zhǔn)”，將來(lái)要“落得穩(wěn)”

柵格舵分離體落區(qū)安全控制技術(shù)試驗(yàn)的成功，與真正的火箭重復(fù)使用尚有距離。實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，火箭不僅要“落得準(zhǔn)”，還要“落得穩(wěn)”。

中國(guó)工程院院士、中國(guó)航天科技集團(tuán)第一研究院長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭高級(jí)顧問(wèn)龍樂(lè)豪曾表示，對(duì)于包括長(zhǎng)征三號(hào)甲、長(zhǎng)征四號(hào)在內(nèi)的現(xiàn)役運(yùn)載火箭，無(wú)法重復(fù)使用，只能通過(guò)回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)落區(qū)精確控制，確保其航區(qū)安全。

“中國(guó)重復(fù)使用運(yùn)載器的技術(shù)研發(fā)應(yīng)按照從‘部分重復(fù)使用’到‘完全重復(fù)使用’的發(fā)展思路。未來(lái)的新型運(yùn)載火箭，從立項(xiàng)研制開(kāi)始就要開(kāi)展垂直起降關(guān)鍵技術(shù)研究。”龍樂(lè)豪說(shuō)，火箭將采用芯級(jí)與助推捆綁整體垂直降落回收方式：兩個(gè)助推器與一子級(jí)捆綁后作為一個(gè)整體進(jìn)行垂直著陸、重復(fù)使用?；鸺?、二級(jí)分離后，采用整體垂直降落的返回方式實(shí)現(xiàn)減速和著陸，可根據(jù)不同任務(wù)需求返回原發(fā)射場(chǎng)或其他發(fā)射場(chǎng)。

根據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)第一研究院此前發(fā)布的《2017—2045 年航天運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展路線(xiàn)圖》，到2030 年前后，我國(guó)將研制成功以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的兩級(jí)完全重復(fù)使用運(yùn)載器，航天運(yùn)輸系統(tǒng)水平和能力進(jìn)入世界航天強(qiáng)國(guó)前列。到2035 年左右，運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)完全重復(fù)使用。

那時(shí)，快速而廉價(jià)地進(jìn)出太空，去太空旅游，太空制造、太空農(nóng)業(yè)、太空采礦，等等，或許都有望從科幻大片里走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。（據(jù)《中國(guó)青年報(bào)》《新京報(bào)》）

圖中網(wǎng)格狀的部分叫作“柵格舵”（圖/中國(guó)航天科技集團(tuán)）