可复用航天运载工具，我国能后发先至吗？ 

由我国航天科技集团有限公司所属我国运载火箭技能研究院自主研发的升力式亚轨迹运载器重复使用飞翔实验获得圆满成功。

据悉，飞翔实验选用的运载器，经健康检测维护后，在酒泉卫星发射中心再次焚烧笔直起飞，依照设定程序完结亚轨迹飞翔，平稳水平着陆于阿拉善右旗机场，成功完结我国亚轨迹运载器的首次重复使用飞翔。本次飞翔实验的圆满成功，有力推动了我国航天运输技能由一次性使用向重复使用的跨越式开展。

更早些的8月5日，新华社报导，我国在酒泉卫星发射中心，运用长征二号F运载火箭，成功发射一型可重复使用的实验航天器，这是长征二号F运载火箭第18次执行发射任务。实验航天器将在轨运转一段时刻后，返回国内预订着陆场，其间，将按方案开展可重复使用和在轨服务技能验证，为和平使用太空提供技能支撑。

本月这两条新闻字数都不多，但包含的信息很丰厚，也很重要。

8月26日的发射是同一个飞翔器的第2次试飞。首飞是在去年7月16日，当时也有报导。那么这个“升力式亚轨迹运载器”究竟是什么呢？依据多方面的揭露资料判别，这个飞翔器应该是航天科技集团规划的的三步走可重复使用运载体系的榜首步——“火箭动力部分重复使用运载器”的榜首级。

图1：航天科技集团揭露的可复用运载工具三步走线路图（图源：航天科技）

这个发射体系的榜首级简略说便是一架火箭飞机，但它是笔直发射并能挨近或超越100公里高度的卡门线，所以也能够称为亚轨迹航天飞机。而它的第二级则是惯例的一次性火箭。它被捆绑在火箭飞机的侧面一同发射。当抵达亚轨迹弹道顶端时，第二级火箭别离焚烧，带着有效载荷飞往预订轨迹。而榜首级火箭飞机则再入滑翔返回，在大气层中进行一定的机动，终究在跑道下降。

 

图2：火箭动力部分重复使用运载器发射剖面（图源：航天科技）

这个发射体系的关键技能包括榜首级的亚轨迹飞翔器和第二级火箭的别离和焚烧，但首要难点都在前者。复飞成功，标明航天科技集团现已克服了一切难点，完全把握了大型有翼亚轨迹飞翔器发射、再入、自主飞翔和返回的相关技能，具有重大意义。假如一切顺利，下一步就应该是两级的轨迹发射了。

那么8月5日的发射又是什么呢？它和可重复使用运载器有相关吗？咱们知道，这次也是我国“可重复使用实验航天器”的第2次发射。它于2020年9月4日首飞，由长征2F火箭送入轨迹，2天后成功返回。显然，它本身不是运载器，而是一架能进行轨迹飞翔的小型无人航天飞机，便是我国的X-37B。

咱们在航天科技三步走的路线图上看到，第二步和第三步的全复用运载器的第二级便是一架带动力的小型航天飞机。现在太空中飞翔的我国航天飞机尺度还比较小，没有装备入轨所需的动力体系，还不能直接用作运载体系的第二级。但它为完结两级发射体系的全复用奠定了杰出的技能基础。

那么，我国的可复用运载器和马斯克SpaceX的猎鹰九号及星舰比较，哪个技能更先进、本钱更低廉、竞争力更强？有必要说，可复用航天运载体系有不同的技能途径，各有好坏，在不同的开展阶段，比较成果也不一样。而我国除了前面介绍的这个火箭动力两级部分复用体系外，几乎涉足了一切不同的技能路线。下面按三种起降方法做一个简略介绍。

笔直起飞、笔直下降方法（可收回火箭）

这是现在最成功、也是老练的方法，代表作便是SpaceX的猎鹰九号。但猎鹰九号未达到全复用的目标，现在只完结了一级复用和偶然的整流罩复用。其实在SpaceX诞生之前，美国Kistler公司选用伞降加气囊着落方案的K-1全复用火箭（1994-2010）现已挨近成功。

榜首枚火箭现已制造出来，但资金链断裂断送了它的前途。SpaceX的星舰将首次完结两级全复用。假如轻质高强材料和发动机比冲获得长足进步，单级入轨可复用火箭在技能上也是或许的。美国民营公司的Roton全复用单级火箭（1996-2001）曾做过有利的探索。它的全尺度大气实验机作为雕塑留在了莫哈维沙漠，记录了这段历史。

 

图3：K-1全复用火箭（图源：Rocketplane Kistler）

 

图4：Roton单级入轨火箭（图源：RotaryRocket）

我国最早探索的可复用火箭也是这个方法的。上世纪90年代末，我国选用伞降加气囊的两级可复用火箭方案就现已出现在论文上。SpaceX猎鹰九号对我国是压力，也是加快研发的动力。长征八号收回型、长征六号X、民营公司的智神星一号、双曲线二号和三号现在都在紧锣密鼓地研发。甚至，在长征九号2022最新版上也看到了星舰的影子。信任用不了几年，咱们将会追上猎鹰九号的水平。

 

图5：长征八号收回型（图源：航天科技）

 

图6：双曲线二号和三号（图源：星际荣耀）

笔直起降方案的优点在于能充分使用现有老练的火箭技能。因为笔直受力为主，结构和气动都能做到最简最优。但它无法使用大气升力，需求携带很多氧化剂，运载功率低下的问题无法底子解决。燃烧很多化石燃料导致的环保问题是另一个重大缺点。即便星舰获得成功，甚至未来完结单级入轨，这些问题仍然存在。

笔直起飞、水平下降方法（航天飞机）

人类最早的可复用航天器，即美国航天飞机和前苏联暴风雪航天飞机便选用这一方法。但航天飞机的失利是一味寻求先进性、忽视经济性的规划思路而非起降方法本身导致的，比如安全要求极高也极贵重的载人规划、极为杂乱并需求拆解进行维护的分级燃烧氢氧主发动机、由数万片极为软弱的防热瓦构成的防热体系、隐患多多的轨迹器偏置规划，贵重的固体助推器等等。上世纪90年代，NASA的X-33单级入轨航天飞机是再一次的测验。虽然解决了航天飞机的许多缺点，但NASA偏好新技能的激进战略再次导致了它的失利。

 

图7：航天飞机（图源：NASA）

 

图8：X-33（图源：NASA）

我国航天科技的火箭动力二级可复用运载体系和美国现已取消的XS-1项目有点类似。它们的榜首级都选用亚轨迹航天飞机，第二级为一次性火箭，完结部分复用。因为大尺度的榜首级升力飞翔器不需求入轨，避免了杂乱外形飞翔器的再入气动和防热难题。两次实验飞翔获得成功，标明首要技能难题现已被攻克，项目现已获得重大突破。

 

图9：XS-1可复用运载器（发射状态）（图源：NASA）

 

图10：XS-1可复用运载器（开释第二级）（图源：NASA）

和笔直起降方案比较，笔直起飞水平下降（航天飞机）方法着陆过载更低、着陆机动才能（尤其是侧向机动才能）更强、复用次数更多，更简单完结民航级的航班化运营。

水平起飞、水平下降方法（升级版航天飞机、空天飞机）

水平起降的可复用运载器或许是最理想的航天运载方案。它省去了出资不菲的固定发射场，独立性强（对地面依赖少）、灵活性大，是最挨近航空运输的方法。选用吸气发动机的话则可大大减少氧化剂的消耗，能够做到极低的本钱，也更符合环保的理念。

不过，选用火箭动力水平起飞的一级飞翔器（可看作升级版航天飞机）因为火箭发动机功率低下，都需求辅助起飞手段，和笔直发射的航天飞机方案比较优势不大，所以历史上此类项目终究都无疾而终，比如俄罗斯的MAKS（1988-1991，安225空射）、NASA的X-34（1999-2001，空射）、美国Kellly公司的Astroliner（1996-1998，拖拽起飞）、美国Rocketplane公司的探路者（1996-2001，空中加油）、欧洲航天局的Hopper/凤凰（1998-2004，滑道加快）等。

选用吸气式组合发动机的水平起降空天飞机将是未来中美主攻方向。上世纪90年代，因为技能挑战太大，美国取消了单级入轨的X-30空天飞机（国家空天飞机，又名东方快车）项目，英国取消了霍托项目。但霍托的发动机主研人员并未抛弃，成立民营的“反响引擎”公司持续研发（佩刀发动机和云霄塔空天飞机），获得了英国政府的支持，终究美国空军加入了这个方案，使得成功概率大为提高。

 

图11：云霄塔空天飞机（图源：Reaction Engine）

 

图12：腾龙空天飞机（图源：航天科工）

我国航天科工的“腾龙”是我国最引人注注目的空天飞机项目。它的一级为亚轨迹空天飞机，二级为一次性火箭（未来可替换成小型航天飞机）。航天科工已宣布完结冲压组合发动机模态转换飞翔验证，2025年前完结水平起降（亚轨迹）飞翔演示验证，2030年进行入轨飞翔。

航天科技西安航天动力研究所研发的组合发动机也在2020年完结试飞，向集团公司三步走的第三步迈出了一步。两家公司两个独立项目齐头并进，完结双保险。中美空天飞机比赛，很或许我国争先恐后。

综上所述，我国在三种不同技能途径上都有可观投入。在笔直起降方法上，美国具备先发优势。SpaceX在笔直起落火箭上的优势短期内跟着星舰的老练或许还会扩大。有必要供认，星舰选用了很多斗胆立异的技能，使它或许获得极大的本钱优势。除了广为人知的多机并联、不锈钢舰体、筷子夹箭等外，再举个不太为人所知的例子：星舰飞船高空再入阶段结合了航天飞机的特点，使用翼面升力进行水平滑翔，降低了气动加热。咱们落后了，但咱们没有抛弃，也在努力追赶，缩小差距。因为没有先发优势，那么跟随就不失为一个有效战略。这也是我国民营航天火箭公司的一个时机。贴近需求、斗胆立异、本钱操控便是他们的优势。咱们等待有一天我国的SpaceX能锋芒毕露。

但是，在笔直起飞、水平下降方法上，美国现已抛弃，咱们经过两次升力式亚轨迹飞翔器的试飞，现已遥遥领先。在水平起降方法上，咱们都在暗中发力。腾龙或许先于美英合作的云霄塔试飞，但后者的单级入轨更先进，输赢还有待时日。

在中美可复用航天运载器的比赛中，我国能不能后发先至、弯道超车或变道超车？最近这些成功的发射给了咱们极大的信心。处以足够的时刻，或许咱们能看到田忌赛马的故事重演。

 

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