国产可重复火箭完成10公里测试，有一点与SpaceX很不一样

2024年6月23日，由我国航天科技集团八院研制的重复使用运载火箭新技术验证箭，在酒泉卫星发射中心成功进行了10公里级飞行试验。

试验中，火箭由3台变推液氧甲烷发动机推动，上升至约12公里高度，关闭两侧发动机，中心发动机调节推力，火箭受控下降，在距离地面50米处，四条着陆腿展开，随后火箭缓速下降，高度趋近于零，稳稳落在回收场坪，实现定点垂直软着陆，试验取得圆满成功。航天科技集团评价本次试验“为2025年如期实现4米级重复使用运载火箭首飞奠定了技术基础。”

我们为什么要发展可重复使用运载火箭的验证箭？我国什么时候能出现类似美国猎鹰9号的“完全体”可回收复用火箭？行业竞争与合作格局如何？这篇文章就来简要探讨下。

早在上世纪六十年代初期，包括钱学森在内的航天科学家就已经通过严密论证，指出火箭回收复用可以极大提高周转效率、降低成本。但由于计算能力、材料、气动、控制、工艺乃至决策、管理等相关领域发展暂未达到理想水平，工程实践并非一帆风顺。例如上世纪70年代美国研制的航天飞机，设计上仅外部主燃料箱为一次性产品、不抛弃任何发动机，其复用程度在已经实现入轨的航天器当中，至今无人能出其右，但由于研制方严重低估了产品综合成本，项目入不敷出，最终航天飞机于2011年在剩余大量理论寿命的情况下退役。

2010年之后，火箭回收复用技术终于取得实用性突破。例如美国SpaceX主力载具猎鹰9号火箭，其一级在完成任务后，可以调整姿态并数次点火，以垂直姿态在陆地或者拖船上着陆，并经检修后复用。截至目前，单个箭体已经创造飞行21次的纪录。SpaceX凭借仅仅十余枚一级箭体，在2023年进行了96次入轨发射，远远超过全球任何其它国家或者商业航天实体；而运力近20吨的单箭报价降低至5000余万美元，几乎全球最低。除了SpaceX以外，美国蓝色起源公司也实现了飞行高度100公里的箭体复用，用于服务新谢泼德号亚轨道载人飞船。

箭体垂直回收是控制、结构、动力、气动、导航、通信等不同专业深度融合、密切关联、牵一发而动全身的技术，且最近10年才得到全面发展，全球技术积累较少。

为了以较低成本、从易到难、由主到次地验证相关设计，SpaceX于2012年首飞了名为“蚱蜢”的垂直起降验证箭，由燃料贮箱、1台猎鹰9号火箭使用的梅林1D发动机以及固定式着陆支腿组成。2012年至2013年在新墨西哥州试验场，该箭先后进行了8次成功的垂直起降试验，飞行高度从1.8米逐渐递增至744米。

随后，SpaceX又研制了换用真实箭体、发动机增加到3台并改用可收放式着陆支腿的猎鹰9R Dev1验证箭，并于2014年进行了4次试飞。受益于这些前期测试， SpaceX终于在2015年12月21日首次成功回收一级箭体。

参考SpaceX的做法，我国企业也选择了“由验证箭起步”的技术路线，并且出手即不凡。以6月23日试验为例，航天八院产品首飞即跳过“蚱蜢”阶段直达猎鹰9R Dev1水平，这也是“为2025年如期实现4米级重复使用运载火箭首飞奠定了技术基础”的信心由来。今年内，试验箭还计划开展75公里高度、模拟一级箭体全程飞行的测试，从而完成正式尝试前的“临门一脚”。

除了“国家队”以外，我国民营企业的进展也堪称神速。2024年1月19日，蓝箭航天的朱雀三号VTVL-1可重复使用垂直起降回收验证火箭首次试飞即成功完成300米级别飞行，达到SpaceX“蚱蜢”第六次试验水平（蓝箭也计划于近期开展10公里级别试验）。

此外，航天科工、翎客航天、深蓝航天、星际荣耀等企业也已经开展可回收火箭试验。百花齐放、百舸争流。我国可重复使用火箭研制已经呈现出起点高、进步快、企业多样的特点，为早日投入实用打下了良好基础。而目前除了中美，尚无其它国家开展过百米级别的火箭垂直起降试验。

技术以外，6月23日的试验还有一个不可忽略的话题点：“国民合作”。

火箭由航天八院抓总研制，而所用的70吨推力液氧甲烷发动机来自民营企业九州云箭。“70吨”处于可复用火箭的理想推力区间，“液氧甲烷”则是国际公认的未来清洁可复用燃料。航天八院基于性能、时间、价格等因素考虑，选择了外采关键产品，并最终取得良好效果，体现了效率优先的商业航天策略。

这种自研与外采相结合的研发模式，并不符合SpaceX倡导的“生产链条自主化”。后者诞生的背景，是马斯克对生产效率的极致追求与美国传统航天昂贵、低效生产模式之间的矛盾，只有SpaceX“撸起袖子自己干”方能有效化解。

但在我国，经过多年竞争迭代，已经涌现出一批比较优质的配套企业。以商用可重复使用液体发动机为例，目前有能力向市场提供推力处于“黄金区间”（50-100吨）产品的企业，其中至少7家国企和民企（排名不分先后），覆盖液氧煤油和液氧甲烷两条主流路线，且已有成交实践案例。

例如，2023年4月，民营天兵科技研制的天龙二号火箭首飞取得圆满成功，一举打破了自SpaceX起全球7家新兴航天企业首发液体火箭均失利的魔咒，这款火箭所使用的便是由航天科技集团研制的液发102发动机。而刚刚过去的6.23试验，则是“国家队”首次向民企采购发动机产品。

自主研制与集成研制成功结合的案例，说明我国商业航天或许存在有别于SpaceX的其它发展路径，即也能像手机、汽车等其它行业那样，充分利用国家工业门类齐全的优势，通过有序分工与协作，在最大范围（甚至超出行业）实现供应链优化、分享发展成果。

毕竟“像SpaceX”不是目的，效率才是。相信随着行业深入发展，我国商业航天一定会摸索出更适合国情的路线。

本文来自微信公众号：科工力量（ID：guanchacaijing），作者：高天伟