在火箭回收重復(fù)利用上，中國又前進了一步。
9月13日，西安航天動力研究所官微稱，近日，由西安航天動力研究所自主研制的某型液氧煤油發(fā)動機首次實現(xiàn)重復(fù)飛行試驗驗證。
該型發(fā)動機作為某飛行器主動力裝置參加首飛試驗后，經(jīng)檢測維護，再次裝配并順利完成了重復(fù)飛行試驗。這是國內(nèi)首次實現(xiàn)了液體火箭發(fā)動機的重復(fù)使用。
西安航天動力研究所成立于1958年4月2日，又名中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所。該所是中國航天液體火箭發(fā)動機研究設(shè)計中心。
據(jù)西安航天動力研究所介紹，液體火箭發(fā)動機作為航天運載器的主要動力裝置，功能全、性能高、技術(shù)難度大、研制周期長。液體火箭發(fā)動機的可重復(fù)使用技術(shù)，對可重復(fù)使用航天運載器至關(guān)重要。
其中，液氧煤油發(fā)動機是國內(nèi)新一代運載火箭的主要動力裝置，具有高性能、大推力、無毒無污染等優(yōu)點。
據(jù)央視新聞報道，液氧煤油發(fā)動機從一次飛行使用到兩次飛行使用這一小步，為后續(xù)中國開展更大推力可重復(fù)使用液氧煤油發(fā)動機研制積累了寶貴經(jīng)驗、探索了道路，標(biāo)志著中國航天液體動力可重復(fù)使用實現(xiàn)了從零到有的突破。
圖片來源：中國航天科技集團六院
火箭派聯(lián)合創(chuàng)始人、火箭副總指揮萬美對界面新聞表示，原本火箭發(fā)動機為一次性使用，重復(fù)利用技術(shù)實現(xiàn)后，發(fā)動機可以多次使用，以降低成本、提高運力。
“尤其在馬斯克的SpaceX推動下，國內(nèi)外火箭發(fā)射由一次性使用到可重復(fù)利用已成為必然趨勢。”萬美稱。
2015年12月，美國私營航天企業(yè)SpaceX推出的“獵鷹9號”火箭完成首次回收，之后數(shù)年內(nèi)進行了多次重復(fù)發(fā)射。
據(jù)萬美介紹，火箭的一級助推器制造成本占整體火箭制造的70%以上。以SpaceX獵鷹9號為例，在可重復(fù)使用情況下，整個一級火箭回收，經(jīng)過簡單處理后再次利用至第二發(fā)火箭，大大降低發(fā)射成本。
制造出可重復(fù)使用的發(fā)動機，是實現(xiàn)火箭回收重復(fù)使用必須突破的關(guān)鍵之一。發(fā)動機是火箭的“心臟”，產(chǎn)生強大動力助推運載火箭進入空間。
西安航天動力研究所稱，“十三五”期間，西安航天動力研究所預(yù)先開展了液氧煤油發(fā)動機重復(fù)使用關(guān)鍵技術(shù)研究，取得了大量理論和試驗研究成果，為液氧煤油發(fā)動機重復(fù)使用奠定了基礎(chǔ)。
據(jù)西安航天動力研究所介紹，重復(fù)使用的五大關(guān)鍵技術(shù)分別是多次點火技術(shù)，大范圍變推力技術(shù)，力、熱防護技術(shù)，重復(fù)使用狀態(tài)評估技術(shù)以及重復(fù)使用檢測維護技術(shù)。
該發(fā)動機從設(shè)計之初，部組件方案及總體布局按多次工作的要求開展論證，所有閥門均為可多次工作的氣動、電動、液動等工作形式，地面研制試驗實現(xiàn)了單臺發(fā)動機不下臺重復(fù)試車8次。
西安航天動力研究所所長張曉軍表示，中國液氧煤油發(fā)動機首次重復(fù)飛行成功，標(biāo)志著發(fā)動機重復(fù)使用技術(shù)進入實戰(zhàn)階段。
根據(jù)發(fā)動機使用的燃料不同，火箭可分為固體火箭和液體火箭。
液體火箭是指采用液體推進劑的發(fā)動機作為動力系統(tǒng)的火箭；固體火箭則采用固體推進劑的化學(xué)火箭發(fā)動機為動力系統(tǒng)。
固體火箭具備大推力、可靠性高、發(fā)射操作簡單等特點，但也有比沖小、工作時間短、推力不易控制和重復(fù)啟動困難的缺點。
液體火箭則具備比沖高、推力可調(diào)、可多次啟動等優(yōu)點，在成本、燃料消耗和可重復(fù)使用方面都具備優(yōu)勢，是可回收運載火箭的較優(yōu)選擇路徑。
“固體火箭相對結(jié)構(gòu)和技術(shù)難度更為簡單，商業(yè)航天公司、初創(chuàng)公司多以固體火箭為起步研制型號。”萬美稱，但固體發(fā)動機無法實現(xiàn)回收。同時，固體發(fā)動機危險性較大，規(guī)模化發(fā)展后面臨成本限制。一旦點火后，固體發(fā)動機難以控制推力，甚至無法控制啟停。
液體火箭中，除液氧煤油發(fā)動機外，還包括液氧液氫和液氧甲烷。
萬美表示，液氧液氫由于其技術(shù)難度太高，目前商業(yè)航天鮮有采納，只有國家隊作為二級或更上級發(fā)動機使用場景。液氧煤油和液氧甲烷沒有明顯的優(yōu)劣之分，不同公司和機構(gòu)選擇不同。
火箭派研發(fā)的火箭選擇的是液氧甲烷。該公司是國內(nèi)民營商業(yè)航天企業(yè)之一，已完成中國首個商業(yè)航天生物載荷任務(wù)，計劃2023年首發(fā)國內(nèi)首個星箭一體化液氧甲烷火箭“達(dá)爾文二號”。
火箭回收方式包括垂直回收、傘降回收和帶翼飛回方式等。其中，垂直回收是目前全球主流方式，即通過重啟一級火箭發(fā)動機以減速并調(diào)整成和地面垂直的姿勢回到指定地點的回收方式。正是憑借這一技術(shù)，SpaceX實現(xiàn)最大程度地“降本增效”。
華泰證券研報指出，目前中國民營航天企業(yè)每公斤發(fā)射成本超過1.5萬美元，是SpaceX獵鷹九號發(fā)射成本的5倍。實現(xiàn)一級火箭回收是降成本的關(guān)鍵。
國內(nèi)民營商業(yè)航天企業(yè)也在積極探索火箭可回收技術(shù)。
2019年，翎客航天完成了可回收火箭RLV-T5的首次自由狀態(tài)下的低空飛行回收試驗。
今年5月，星河動力航天公司宣布，其自主研發(fā)的“蒼穹”50噸級可重復(fù)使用液氧煤油發(fā)動機首次全系統(tǒng)試車獲得成功。
同在5月，深藍(lán)航天自主研發(fā)的“星云-M”1號試驗箭完成了1公里級垂直起飛及降落(VTVL)飛行試驗，實現(xiàn)試驗箭成功回收。
8月，藍(lán)箭航天的天鵲80噸改進型火箭發(fā)動機二次起動試車，標(biāo)志著“天鵲”系列液氧甲烷發(fā)動機已具備可重復(fù)使用能力。
在火箭發(fā)射上，中美呈現(xiàn)不同特點。中國火箭發(fā)射任務(wù)仍以“國家隊”為主，美國則以SpaceX為代表的民營企業(yè)為主。
華泰證券數(shù)據(jù)顯示，2015-2021年，中國運載火箭商業(yè)發(fā)射次數(shù)共計84次，其中國家隊承擔(dān)發(fā)射任務(wù)77次，占比為91.67%。美國2020-2021年間共計95次火箭發(fā)射任務(wù)，均由私營企業(yè)完成，其中SpaceX發(fā)射次數(shù)占總發(fā)射次數(shù)的58.95%。
萬美認(rèn)為，未來商業(yè)航天企業(yè)將有更大的動力，推動火箭可重復(fù)使用。
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