2025年是中国发展民营火箭企业的第十个年头,过去十年,中国民营火箭进展如何?可回收火箭什么时候落地?我们跟SpaceX的差距有多远?多久才能追上?
今天,我们来聊聊:中国可回收火箭明年进展如何?
01
中国可回收火箭研发进展
一、长征十二甲
这是由上海航天科技八院抓总研制的一款可重复使用火箭。今年6月,八院使用3.8米直径的长十二甲垂直起降试验箭,完成了国内首次10公里级垂直起降回收试飞,试验箭安装了3台九州云箭的70吨级液氧甲烷发动机,这也是目前国内执行过最大规模的垂直起降回收测试。
(图:长征十二甲概念图 来源:中国商业火箭)
按照原计划,长十二甲本来将在今年年底进行70公里级的回收测试,目前来看今年基本上是不可能了,预计2025年一季度首飞,并且有希望在2025年实现一级回收。
二、朱雀三号
蓝箭是目前民营火箭里为数不多的回收与首飞并行企业。
今年4月和9月份,朱雀三号VTVL-1试验箭分别完成了百米级和10公里级垂直起降回收实验。
不久前,张昌武还在央视的一档节目里透露,朱雀三号2025年下半年要执行三次发射,并且有很大希望实现一级火箭的垂直回收。这是目前我国所有民营火箭里,唯一公开表示要在25年实现回收的火箭。
(图:朱雀三号概念图 来源:蓝箭航天)
这样做有优点也有缺点。一旦成功,能够快速抢占市场、建立较深的技术壁垒、形成马太效应,快速拿下市场。但缺点就是双线并行会分散精力,很可能被人捷足先登。
三、天龙三号
天龙三号就是那个可能会“截胡”朱雀三号的火箭。和蓝箭不一样,天龙三选择了先入轨、再回收的研发路径。
(图:朱雀三号概念图 来源:蓝箭航天)
根据规划,天龙三号将要在2025年6月执行首飞计划,并在接下来的半年内执行5次千帆星座的发射任务,但暂时还没有看到相关的发射有提到回收计划。
这种先形成运力抢占市场的思路与早期的SpaceX非常接近。目前,中国两大卫星互联网星座都已经开建,而运力却属于极度短缺的状态。天龙三号如果能够抓好这个机会,拿下更多的订单回血,对于加快回收进程来讲是非常有帮助的。
其他的回收火箭还包括:
中科宇航的力箭二号。12月23号,力箭二号完成了二级火箭与伺服机构的联合热试车,标志着力箭二号将在2025年全面进入飞行试验阶段,2025年首飞基本没问题。最大的问题是,力箭二号采用CBC构型,如何回收是个很大的问题。
(图:力箭二号点火概念图 来源:中科宇航)
星际荣耀的双曲线三号在12月24号完成焦点二号发动机的热试车考核,刚刚进入批产交付阶段和初样研制阶段,速度快的话年底能看到首飞。
深蓝航天的星云一号在今年10月进行了高空垂直起降回收实验,但遗憾的是回收失败了,原计划11月进行的70公里级回收实验和年底的首飞也一直没进行。
星云一号2025年首飞的概率很大,而且首飞就要尝试一级垂直回收。但这款火箭运力太小了,商用前景不够。更大的130吨级发动机“雷霆RS”今年10月刚刚完成燃气发生器热试车。
(图:深蓝航天高空垂直回收飞行试验 来源:深蓝航天)
东方空间的引力二号将原本用在一级的发动机原力-85,改为了110吨级的液氧煤油发动机原力-110,目前这款火箭刚刚完成燃气发生器热试车。
最后星河动力的智神星一号,暂时没有看到有首飞或回收试飞计划。
02
垂直回收火箭技术难在哪?
那可重复使用火箭究竟难在哪里?
首先是材料的应用。目前国外成熟的可重复使用火箭发动机(梅林1D)推力室内壁材料(铜合金)采用的都是银锆铜合金,这种合金在能够满足火箭发动机耐高温、耐腐蚀、热导率、组织稳定性、机械稳定性的同时,有着更好的疲劳周期。
(图:蓝箭航天发动机试车台 图源:蓝箭航天)
而由于我国此前的液体火箭发动机多为一次性使用,一般不考虑内壁疲劳等问题,使用的推力室内壁材料以锆铜合金为主。
目前,像蓝箭航天的朱雀三号等回收复用火箭的发动机推力室材料,正在研制以铜铬铌为主的新型铜合金,以解决热疲劳问题。
(图:朱雀三号VTVL-1试验箭百米级垂直起降试飞 来源:蓝箭航天)
二是深度变推力技术。准确来说是真栓喷注器的雾化特性。雾化是喷注器最重要的工作过程,雾化质量及雾场分布直接决定了蒸发、混合和燃烧特性,从而对燃烧装置的燃烧性能、稳定性和可靠性产生重要影响。
三是气动优化及精确制导。气动外形设计和精确制导涉及到不确定风场对回收火箭姿态的影响,除了通过数字仿模拟外,只能通过不断地试验积累数据,优化算法。
03
我们比SpaceX落后多少?
最后,说到可重读使用火箭,就不得不提SpaceX和猎鹰9。
中国的可重复使用火箭到底落后SpaceX多少呢?
我们不妨来看看猎鹰9的研发周期:猎鹰9的研发开始于2005年,2010年猎鹰9完成第一次试飞,2015年实现次垂直回收,2018年实现首次复用。从立项到实现完全成熟的商业化回收复用,猎鹰9用了整整13年。
(图:猎鹰9与中国可回收火箭研制进展对比 制图:你好太空)
虽然我们的民营火箭企业已经发展了10年,但中国可重复使用火箭的研发也是从2020年前后才开始的。即使拥有“后发优势”,我们的回收复用也要遵循航天工程的规律。
同期相比,中国商业可重复火箭的研制进展跟猎鹰9是同步的,从研发到入轨,都用了差不多五年。考虑到后发优势,中国商业可重复火箭想要实现垂直回收,保守估计可能得等到2027年左右,形成成熟的回收复用能力则还预计需要5年左右。