航天專家：火箭回收是大趨勢 遲早會成功
新華社消息，12月3日，朱雀三號遙一運載火箭在東風(fēng)商業(yè)航天創(chuàng)新試驗區(qū)發(fā)射升空，按程序完成了飛行任務(wù)，火箭二級進(jìn)入預(yù)定軌道。
另據(jù)中新社，朱雀三號運載火箭在東風(fēng)商業(yè)航天創(chuàng)新試驗區(qū)首飛，這是中國航天首次挑戰(zhàn)可重復(fù)使用火箭入軌回收。試驗結(jié)果顯示，火箭二級順利進(jìn)入預(yù)定軌道，火箭一級則在著陸段點火后出現(xiàn)異常，未能實現(xiàn)軟著陸，殘骸散落于回收場坪邊緣。
“入軌成功”與“回收折戟”的雙重結(jié)果引發(fā)關(guān)注與討論，“朱雀三號任務(wù)一級回收失敗”登上微博熱搜。我們該如何理解其中的成功與失??？
朱雀三號遙一運載火箭發(fā)射升空
國際航天專家雨廣告訴紅星新聞記者，世界范圍內(nèi)，能實現(xiàn)火箭入軌發(fā)射的國家屈指可數(shù)，很多企業(yè)嘗試入軌都失敗了，“回收其實就更難了”。而這樣的失敗是應(yīng)該被允許的，因為“地面實驗做得再充分，也代替不了實際的飛行實驗”。
“天龍三號和長征十二號甲都要嘗試回收，這是個大趨勢。大家都在做這件事，我相信遲早會成功的。”雨廣表示。
據(jù)新華社12月3日消息，本次任務(wù)雖未實現(xiàn)預(yù)定火箭一級回收目標(biāo)，但檢驗了朱雀三號運載火箭測試、發(fā)射和飛行全過程方案的正確性、合理性，各系統(tǒng)接口的匹配性，獲取了火箭真實飛行狀態(tài)下的關(guān)鍵工程數(shù)據(jù)，為后續(xù)發(fā)射服務(wù)、子級可靠回收可重復(fù)使用奠定了重要基礎(chǔ)。
為何追求實現(xiàn)“火箭回收”？
降低成本非常迫切，回收不等于低成本
今年4月，新華社報道，商業(yè)火箭可回收時代開啟，中國商業(yè)火箭企業(yè)正以新型液體火箭發(fā)動機為突破口，推動我國成為全球少數(shù)掌握全流程回收技術(shù)的國家。
“液體火箭可回收技術(shù)的逐步突破，堪稱商業(yè)航天領(lǐng)域的工業(yè)革命，是對傳統(tǒng)一次性火箭發(fā)射模式的顛覆。”在深藍(lán)航天CEO霍亮看來，這項技術(shù)的核心意義在于將火箭從“消耗品”轉(zhuǎn)化為“耐用工具”，為萬星組網(wǎng)、深空探測任務(wù)提供低成本“太空物流干線”。
為何追求實現(xiàn)“火箭回收”？雨廣告訴紅星新聞記者，現(xiàn)在航天技術(shù)發(fā)展越來越成熟，用途越來越廣泛，可以直接參與經(jīng)濟(jì)生活，降低成本是一個非常迫切的需求。然而，“可回收不等于可重復(fù)使用，可重復(fù)使用不等于低成本”。
“通過重復(fù)使用實現(xiàn)低成本只是一種可行的途徑，但里面有很多條件，包括回收以后檢測、維修、更換部件、再發(fā)射整個流程要實現(xiàn)低成本，全流程、全壽命期的低成本需要各個環(huán)節(jié)一起共同實現(xiàn)。最失敗的例子就是美國的航天飛機，它實現(xiàn)了可重復(fù)使用。但是每次回收以后的維修，比造一個新的還貴?！庇陱V說道。
既然回收不代表可以降低成本，為什么我們還是要追求回收呢？“這是目前唯一的辦法?！庇陱V進(jìn)一步解釋道，要降低發(fā)射成本，把火箭造得更便宜，是有極限的。
“火箭是一個高技術(shù)產(chǎn)品，堅持一次性使用的策略沒有問題，但是一次性使用火箭，再想把成本降低就很難了。因為火箭的工作環(huán)境非常惡劣，在有劇烈氣流的條件下以非常快的速度上升，發(fā)動機都是兩三千度的高溫，這么惡劣的條件，想低成本地實現(xiàn)一次性使用，這個太難了。（火箭回收）其實目的還是為了降低成本，但是從現(xiàn)在的角度來說，不能說能回收就一定能降低成本?！庇陱V說道。
藍(lán)箭航天空間科技股份有限公司官方公眾號發(fā)布的“朱雀三號重復(fù)使用遙一運載火箭入軌圓滿成功”信息顯示，朱雀三號是藍(lán)箭航天面向大型星座組網(wǎng)任務(wù)，自主研制的新一代低成本、大運力、高頻次、可重復(fù)使用液氧甲烷運載火箭。朱雀三號一子級在級間分離后可進(jìn)行垂直返回軟著陸，設(shè)計重復(fù)使用次數(shù)不低于20次，成熟后航區(qū)回收狀態(tài)下近地軌道運載能力不低于18噸，具備互聯(lián)網(wǎng)星座一箭多星部署能力，將為國家重大航天工程及衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)射組網(wǎng)提供強有力的運力支撐。
圖為朱雀三號遙一運載火箭
火箭回收難在哪里？
難在位置、速度、姿態(tài)、角速度的控制
“地面實驗做得再充分，也代替不了實際的飛行實驗，所以要允許它失敗。這不等于說允許有低層次錯誤，比如粗心大意造成的，管理不善造成的。而是通過地面實驗做得再充分也認(rèn)識不到的問題，飛行實驗失敗，是允許的?！庇陱V表示，百分之百成功是要付出代價的，為了能夠快速地實現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步，要允許失敗。
朱雀三號此次任務(wù)同時開展了火箭一級回收驗證，但過程中發(fā)生異常燃燒，未實現(xiàn)在回收場坪的軟著陸，回收試驗失敗，具體原因正在進(jìn)一步分析排查。
據(jù)悉，研制團(tuán)隊將盡快開展本次試驗過程的全面復(fù)盤與技術(shù)歸零，全力查明故障原因，持續(xù)優(yōu)化回收方案，在后續(xù)任務(wù)中繼續(xù)推進(jìn)可重復(fù)使用驗證。
火箭回收的難點具體表現(xiàn)在哪里呢？
雨廣告訴紅星新聞記者，主要難點是在“控制”上。
“起飛是可勁兒地有力氣往上飛就行了，返回則要求最后落在那個要去的點的時候，速度剛好接近于0，姿態(tài)還必須是垂直的，不能晃。就是位置、速度、姿態(tài)、角速度這四個方面都要剛好合適，還要面臨各種外部的干擾，最難的就是這個控制?！?/p>
至于此次回收任務(wù)中發(fā)生的“異常燃燒”，雨廣推測，可能和二次點火時的工況有關(guān)系，因為這一點很難在地面做實驗測試。
“返回的時候，它高速地往下飛，和起飛的時候不一樣。起飛的時候火箭的噴管是背著風(fēng)的，返回的時候火箭的噴管是迎著風(fēng)的。噴管要點火，形成高溫燃?xì)馔鈬姡桑ǚ祷兀┻@時候外邊的氣在往噴管里吹，這是一次性使用火箭不會遇到的?！庇陱V解釋道。
朱雀三號是世界上第一個采用不銹鋼箭體，使用液氧甲烷做推進(jìn)劑入軌的火箭
液氧甲烷+不銹鋼箭體
朱雀三號成功入軌背后的技術(shù)突破
藍(lán)箭航天空間科技股份有限公司官方公眾號發(fā)布的信息顯示，朱雀三號重復(fù)使用遙一運載火箭入軌圓滿成功，取得了5項技術(shù)突破。
一是在國內(nèi)首次實現(xiàn)了全新總體布局的重復(fù)使用液氧甲烷運載火箭入軌飛行，二是在國內(nèi)首次實現(xiàn)九機并聯(lián)液氧甲烷動力系統(tǒng)的集成應(yīng)用，三是在國內(nèi)首創(chuàng)全新的高強度不銹鋼/高性能激光焊接貯箱制造材料和工藝體系，四是在國內(nèi)首次實現(xiàn)入軌級重復(fù)使用運載火箭高精度返回導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制技術(shù)的飛行驗證，五是在國內(nèi)首次實現(xiàn)重復(fù)使用運載火箭混合冗余分布式綜合電子集成設(shè)計與應(yīng)用。
雨廣強調(diào)，朱雀三號是世界上第一個采用不銹鋼箭體，使用液氧甲烷做推進(jìn)劑入軌的火箭，這在商業(yè)航天上有足夠高的價值。
“甲烷燃燒產(chǎn)生的積炭很少，發(fā)動機就容易清理，又可靠又快。不銹鋼在過去是不能用的，因為密度太高了?，F(xiàn)在能用它造火箭，說明我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工工藝是經(jīng)得起考驗的?！庇陱V告訴紅星新聞記者，朱雀三號成功入軌是系統(tǒng)性的進(jìn)步，“足夠成功了”。
紅星新聞記者 楊雨奇 王辰元