雷遞網(wǎng) 樂(lè)天 5月7日?qǐng)?bào)道

深藍(lán)航天自主研發(fā)的“星云-M”試驗(yàn)箭今日完成了1公里垂直起飛及降落飛行試驗(yàn)。

在這個(gè)商業(yè)航天迅猛發(fā)展的時(shí)代，遙望大洋彼岸所向披靡的SpaceX，再仰望頭頂深藍(lán)色的無(wú)盡天空，表面風(fēng)平浪靜實(shí)則暗流涌動(dòng)。

大航天時(shí)代空間資源的搶奪、火箭作為空間往返運(yùn)輸工具的先進(jìn)性和火箭商業(yè)用途多維場(chǎng)景的需求，可回收復(fù)用火箭的必要性與緊迫性可見(jiàn)一斑。

中國(guó)商業(yè)航天迫切需要可重復(fù)運(yùn)載火箭

2021年12月3日，中國(guó)常駐維也納聯(lián)合國(guó)和其他國(guó)際組織代表團(tuán)向聯(lián)合國(guó)秘書(shū)長(zhǎng)致以普通照會(huì)，通報(bào)了美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX公司）發(fā)射的星鏈衛(wèi)星于2021年先后兩次接近中國(guó)空間站，對(duì)中國(guó)空間站的安全運(yùn)行以及中國(guó)航天員的生命健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。出于安全考慮，中國(guó)空間站分別于7月1日和10月21日實(shí)施對(duì)美國(guó)星鏈衛(wèi)星的預(yù)防性碰撞規(guī)避控制（“緊急避碰”）。

馬斯克設(shè)想的星鏈星座計(jì)劃十分瘋狂，他將會(huì)在一期部署1.2萬(wàn)顆、每顆重約300公斤的星鏈衛(wèi)星，遠(yuǎn)期甚至還要達(dá)到4.2萬(wàn)顆——星鏈計(jì)劃的意義不僅在于實(shí)現(xiàn)太空互聯(lián)網(wǎng)通信，更是提前搶占了僅存的近地軌道資源。反觀中國(guó)，我們目前還沒(méi)有能力規(guī)劃如此龐大的衛(wèi)星星座，更不必說(shuō)發(fā)射組網(wǎng)了。

國(guó)內(nèi)未來(lái)的商業(yè)火箭，都面對(duì)著發(fā)射頻率提高和發(fā)射成本降低的需求。商業(yè)可回收復(fù)用火箭，在全球都具有可預(yù)見(jiàn)的巨大需求，這也是深藍(lán)航天的機(jī)會(huì)。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，深藍(lán)航天在這一方向全力以赴，已經(jīng)連續(xù)三次成功完成了十米級(jí)、百米級(jí)和公里級(jí)可回收試驗(yàn)。這是國(guó)內(nèi)目前運(yùn)載火箭領(lǐng)域唯一有工程意義的VTVL垂直回收飛行試驗(yàn)，使深藍(lán)航天成為目前全球除美國(guó)以外研發(fā)回收復(fù)用火箭速度最快的中國(guó)商業(yè)航天公司。

降低火箭發(fā)射成本成為關(guān)鍵

只有降低成本，才能更游刃有余地實(shí)現(xiàn)成千上萬(wàn)顆“星鏈”衛(wèi)星的組網(wǎng)任務(wù)，未來(lái)大型衛(wèi)星星座的發(fā)射需求與可回收火箭的運(yùn)載能力是相輔相成的。

2017年3月31日，SpaceX使用一枚二手獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭成功發(fā)射了一顆盧森堡的商業(yè)通信衛(wèi)星。本次任務(wù)是人類航天史上的一個(gè)里程碑——第一次使用同一枚火箭兩度執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。

掌握這一技術(shù)后SpaceX勢(shì)如破竹，截至2022年5月初，SpaceX已經(jīng)成功進(jìn)行了118次火箭著陸，并接連打破自己創(chuàng)造的回收記錄：B1051號(hào)助推器在2022年3月19日成功發(fā)射48顆星鏈衛(wèi)星并返回，成為首枚被回收12次的火箭助推器。

B1060號(hào)助推器保持了最快周轉(zhuǎn)時(shí)間的記錄，在2022年4月8成功發(fā)射奮進(jìn)號(hào)載人飛船Axiom-1任務(wù)后，于短短21天后的2021年4月29日再度上天，并成功發(fā)射53顆星鏈衛(wèi)星。

左：剛剛起飛的獵鷹9號(hào) 右：正在著陸中的獵鷹9號(hào)一級(jí)助推器

可回收復(fù)用帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是驚人的。SpaceX目前已經(jīng)可以做到火箭一級(jí)助推器和整流罩的回收復(fù)用，據(jù)馬斯克本人的說(shuō)法，全箭復(fù)用比例達(dá)到了80%。這相當(dāng)于在發(fā)射時(shí)只需支出火箭一級(jí)維護(hù)、火箭二級(jí)制造以及燃料的成本。

SpaceX并未公開(kāi)其回收技術(shù)的具體成本細(xì)節(jié)。但2020年4月美國(guó)消費(fèi)者新聞與商業(yè)頻道（CNBC）報(bào)道稱美國(guó)空軍某航天任務(wù)的預(yù)算為9500萬(wàn)美元，而SpaceX執(zhí)行官克里斯托弗·庫(kù)魯里斯對(duì)此表示，發(fā)射任務(wù)只需要2800萬(wàn)美元。據(jù)此我們可以推算可回收火箭將航天發(fā)射成本足足降低了至少70%。

這一數(shù)值對(duì)航天界帶來(lái)的沖擊是巨大的。俄羅斯航天局局長(zhǎng)羅戈津在2020年4月表示，他們不得不將俄羅斯火箭的商業(yè)發(fā)射報(bào)價(jià)降低30%，以應(yīng)對(duì)SpaceX“價(jià)格傾銷”的沖擊。

反觀深藍(lán)航天的本次飛行測(cè)試，從十米級(jí)、百米級(jí)直到本次的公里級(jí)VTVL垂直回收飛行試驗(yàn)，使用的均是“星云-M”同一枚試驗(yàn)箭，初步驗(yàn)證了火箭回收復(fù)用技術(shù)，并摸索出一條具有深藍(lán)航天特色的液體火箭研制全要素流程。

這為飛行試驗(yàn)帶來(lái)的成本降低已經(jīng)十分可觀：在全箭垂直回收技術(shù)應(yīng)用的前提下，再次執(zhí)行飛行任務(wù)的成本僅為箭體生產(chǎn)制造成本的約1%，其中包括一些損耗件的更換、全箭的測(cè)試維護(hù)費(fèi)用、推進(jìn)劑費(fèi)用等。

為了實(shí)現(xiàn)火箭回收復(fù)用以降低成本，技術(shù)難點(diǎn)是什么？總結(jié)來(lái)看，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)核心技術(shù)突破，才可能做到火箭的可回收復(fù)用，一是可以在較大范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)推力的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，二是返回著陸的橫向制導(dǎo)控制技術(shù)。而本次深藍(lán)航天公里級(jí)VTVL垂直回收飛行試驗(yàn)的成功，標(biāo)志著深藍(lán)航天已經(jīng)初步掌握了這兩個(gè)核心技術(shù)。

SpaceX “蚱蜢”火箭325米VTVL垂直回收試驗(yàn)

Grasshopper總共進(jìn)行了8次飛行測(cè)試。在2012年9月21日的第1次測(cè)試中，Grasshopper僅僅跳起了1.8米，同年11月1日的第2次測(cè)試跳起5.4米。半年后2013年3月7日的第4次測(cè)試跳起了80米，在2013年10月下旬的第8次測(cè)試跳起最高高度達(dá)到了774米。這8次試驗(yàn)為SpaceX積累了大量寶貴的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)。

深藍(lán)航天“星云-M”試驗(yàn)箭的飛行測(cè)試與Grasshopper的飛行測(cè)試目標(biāo)極為接近。

在2021年7月的首飛便漂亮地完成十米級(jí)飛行試驗(yàn)，短短三個(gè)月后的10月13日飛起103.2米，而在10個(gè)月后的今天，“星云-M”試驗(yàn)箭最大飛行高度近1公里，深藍(lán)航天以不到一年內(nèi)的三次飛行任務(wù)，達(dá)到了SpaceX在一年多時(shí)間里總計(jì)八次任務(wù)才達(dá)到的技術(shù)水平。

深藍(lán)航天與SpaceX技術(shù)突破歷程對(duì)比圖

從深藍(lán)航天的角度看，相比百米級(jí)VTVL垂直回收飛行試驗(yàn)，公里級(jí)VTVL垂直回收飛行試驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的單次點(diǎn)火工作時(shí)間與入軌火箭單級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間更為接近，且與地面試車狀態(tài)不同，此次是在真實(shí)飛行環(huán)境中去考核發(fā)動(dòng)機(jī)大范圍變推和長(zhǎng)程工作的穩(wěn)定性，這在工程研制中更具有真實(shí)性和實(shí)際考核意義。

SpaceX的“梅林-1D”發(fā)動(dòng)機(jī)在前期試驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)70%-100%的推力調(diào)節(jié)范圍，而深藍(lán)航天的“星云-M”試驗(yàn)箭所使用的“雷霆-5”泵壓式液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)氧化劑和燃料泵轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)50%-100%推力調(diào)節(jié)。此外，雷霆系列發(fā)動(dòng)機(jī)使用和“梅林-1D”發(fā)動(dòng)機(jī)相同的針?biāo)ㄊ絿娮⑵骷夹g(shù)，具有獨(dú)特的回收技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以在調(diào)節(jié)推力的過(guò)程中抑制不穩(wěn)定燃燒，減少振動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的推力調(diào)節(jié)功能。

還值得注意的一點(diǎn)是深藍(lán)航天在本次公里級(jí)VTVL垂直回收飛行試驗(yàn)中成功驗(yàn)證了橫向制導(dǎo)算法。在垂直起飛——垂直著陸的飛行過(guò)程中，加入橫向制導(dǎo)算法，預(yù)先裝訂著陸點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)箭上計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算和規(guī)劃，發(fā)出橫向制導(dǎo)指令，導(dǎo)引火箭向目標(biāo)坐標(biāo)進(jìn)行橫移，開(kāi)展火箭異地返場(chǎng)回收技術(shù)驗(yàn)證，為以后入軌火箭的異地返場(chǎng)回收復(fù)用甚至洲際旅行等進(jìn)行先期技術(shù)驗(yàn)證。

此次公里級(jí)VTVL垂直回收飛行試驗(yàn)中，飛行速度達(dá)到0.2Ma，飛行高度近1公里，這是目前國(guó)內(nèi)開(kāi)展的飛行高度最高，飛行速度最快，飛行時(shí)間最長(zhǎng)的垂直回收飛行試驗(yàn)。

通過(guò)此次飛行試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了火箭垂直回收過(guò)程中的箭體空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、以及長(zhǎng)時(shí)間的力熱及振動(dòng)環(huán)境適應(yīng)性、發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間和大范圍的變推工作能力、可重復(fù)使用箭體結(jié)構(gòu)及著陸緩沖裝置、橫向制導(dǎo)及姿態(tài)控制能力等關(guān)鍵核心技術(shù)，為后續(xù)開(kāi)展10公里級(jí)垂直回收和入軌級(jí)回收打下了基礎(chǔ)。

全力奔赴可回收復(fù)用的火箭入軌之路

Space X在這八次飛行試驗(yàn)后又設(shè)計(jì)了更大尺寸的“獵鷹9號(hào)R”測(cè)試版本火箭，進(jìn)行更大規(guī)模的公里級(jí)VTVL懸停與著陸測(cè)試，并先后在2015年12月21日、2016年4月8日成功實(shí)現(xiàn)獵鷹9號(hào)芯一級(jí)在陸地與海上駁船的回收降落，此時(shí)距離“蚱蜢”火箭躍起1.8米，只過(guò)去了三年多時(shí)間。

SpaceX以一個(gè)個(gè)驚天雷般的成就打破了火箭不能垂直回收使用的局限，SpaceX的估值從9.7億美金，指數(shù)增長(zhǎng)到了120億美金，實(shí)現(xiàn)了12倍的增長(zhǎng)。

深藍(lán)航天本次公里級(jí)VTVL垂直回收試驗(yàn)飛行的完成，也宣告了低空回收階段畫上了圓滿的句號(hào)，“星云-M”1號(hào)試驗(yàn)火箭圓滿完成了其歷史使命。

深藍(lán)航天稱，下一階段，將采用與入軌火箭完全相同的全尺寸試驗(yàn)火箭，繼續(xù)進(jìn)行高空回收試驗(yàn)階段（類似于SpaceX第二階段采用全尺寸樣機(jī)“獵鷹9號(hào)R”進(jìn)行回收測(cè)試），向著10km、100km的高度快速突破邁進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)入軌火箭一子級(jí)的可控回收和重復(fù)使用。

深藍(lán)航天與SpaceX的發(fā)展歷程對(duì)比圖（2015年12月21日實(shí)現(xiàn)首次入軌回收）

深藍(lán)航天目前的技術(shù)水平相當(dāng)于SpaceX在2014年初的水平。若一切能夠按照規(guī)劃進(jìn)行，深藍(lán)航天將會(huì)在2024年年底之前完成“星云-1”運(yùn)載火箭的第一次入軌發(fā)射-回收任務(wù)，正式拉開(kāi)中國(guó)可回收運(yùn)載火箭商業(yè)化運(yùn)行的大幕。

深藍(lán)航天CEO霍亮表示：深藍(lán)航天的使命即實(shí)現(xiàn)中國(guó)運(yùn)載火箭的可回收復(fù)用，大幅度降低每公斤載荷的入軌成本，成為太空運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)的有力推動(dòng)者。通過(guò)本次的公里級(jí)VTVL垂直回收飛行試驗(yàn)，深藍(lán)向這個(gè)目標(biāo)又邁出了重要的一步。

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