近日，翎客航天在山東龍口的火箭試驗基地成功完成RLV-T3火箭的標稱彈道飛行試驗。不同於之前200多次飛行，本次試驗最大突破在於實現了標稱彈道全程自主飛行（A點至B點矩形彈道，即從地面起飛至地面軟著陸），全程未觸發外界保護措施，飛行彈道精度小於0.15m，著陸點精度小於0.2m。本次試驗成功標誌著翎客航天火箭低空回收技術日趨成熟，距離高空自由飛回收試驗更進一步。這不僅是國內通過單臺火箭發動機矢量控制實現該技術的首個案例，亦是中國在可重複發射技術方面的一個里程碑。那麼現在，就讓火箭哥帶你們一起感受火箭起飛的震撼和回收的喜悅，一起了解RLV-T3背後的傳奇故事。
詳細介紹前，先讓我們一起細數國內外在VTVL火箭（Vertical Takeoff and Vertical Landing，垂直起降技術）的行業前輩與經典案例，共同瞭解這項技術發展過程中的跌宕起伏與其所帶來的新機遇。
麥道公司DC-X
要論垂直起降技術的鼻祖先驅，那可非美國麥道公司的“三角快帆”莫屬。早在上個世紀80年代後期，在單級入軌運載器風雲四起的年代，麥道公司就提出了垂直起降形式的方案，其目的是為了比航天飛機更加可靠，並能夠提供更低的發射成本和更短的複用週期。出於這一目的，他們提出了一個小型的亞軌道原理試驗樣機，DC-X就此誕生。也正因為此，DC-X的設計過程中幾乎不考慮任何載荷能力，而其首要目的便是為了驗證垂直起降這一關鍵技術。
DC-X是一款使用四臺氫氧液體火箭發動機並聯作為動力的單級飛行器，而這臺發動機正是由洛克希德馬丁公司生產的RL-10系列中的一員RL-10A-5（專用於垂直起降的改進型，單臺海平面推力約為6噸），同系列的發動機還用於半人馬座、德爾塔IV等多款運載火箭，可謂歷史悠久。在飛行過程中，通過伺服閥進行流量控制實現推力差異，最終通過差動形式來實現橫向位移及姿態調整。
DC-X從1991年開始研製，並於1993年8月實現首飛。這個直徑4.1米、高度12米、起飛質量近19噸的龐然大物在1996年7月前完成了12次飛行試驗，其中8次成功。雖然這樣的成功率對於一個早期技術驗證的型號而言並不算低，但在一次面向美國軍方的飛行演示過程中，卻因為著陸機構部分失效而被軍方遺棄，並最終取消了該項計劃。作為垂直起降技術的首次嘗試，可謂是出師不利。
藍色起源Charon與New Shepard
2000年9月成立的藍色起源可以說是垂直起降技術的忠實粉絲，早在2005年之前貝索斯就曾明確要通過垂直起降的形式實現至少三名宇航員進行亞軌道飛行試驗的計劃，其當時的判斷僅來自對技術自身的直覺，而並不是受到XPRIZE所舉辦賽事的影響。
Charon作為藍色起源首款垂直起降原理樣機，是參考DC-X來進行的方案設計，通過多臺發動機差動的形式來實現姿態及彈道控制。2005年3月實現了首飛，並在上升至96米後，安全返回至起飛點附近。
其第二款亞軌道垂直起降飛行器Goddard（命名是為了紀念火箭技術先驅羅伯特·戈爾德先生）在方案上沿襲上一款的設計，仍然採用多臺發動機進行差動控制。2006年11月完成了首次飛行試驗，並在上升至約90米的高度後安全返回。
此後，藍色起源開始了氫氧發動機BE-3的研製工作，而該款發動機的研製不僅有效地提升了其推力量級（BE-1為8.9kN，BE-2為140kN，而BE-3則為490kN）還實現了20~100%的大範圍深度流量調節。其可靠的重啟能力可以說是New Shepard在2015年實現多次複用的核心關鍵。
作為藍色起源的第三款垂直起降飛行器，New Shepard採用了單發動機矢量控制技術。簡單來說，在著陸及懸停過程中可通過兩個象限的伺服機構來實現發動機任意角度的實時控制，在加之BE-3的實時推力調節最終實現飛行器在返回過程中的姿態穩定和減速著陸。2015年4月底，New Shepard一號機實現首次試飛，並在上升至93.5公里的高空後安全返回地面，而在2016年10月前，藍色起源使用同一枚火箭（New Shepard-2）先後完成了5次百公里級亞軌道飛行試驗，並於2015年11月23日，斬獲了首個進入太空的垂直起降飛行器頭銜，被歷史銘記。
可以說，在藍色起源的垂直起降探索道路上，小步快跑與多次迭代是其技術方面的策略與風格，而這樣穩紮穩打的方式也讓藍色起源在近幾年的時間內有了堅實的基礎與沉澱，厚積薄發，成為了SpaceX最為強勁的競爭對手。
犰狳航天 Mod
說起美國初創型的民營航天公司，犰狳航天（Armadillo Aerospace）可以算的上是一種典型代表，由硅谷傳奇創業者John Carmack於2000年通過個人出資創立。精簡的工程師隊伍和靈活高效的試驗形式是該公司的主要特徵，作為一個不到20人的火箭團隊，犰狳航天在極少的投入與短暫的時間中完成了從發動機到控制系統、從總體設計到核心算法等多項技術工作。
犰狳航天創立的早期是以單人飛行器為技術主線，曾經開發過單組元四發聯動的單人飛行座椅。2004年，犰狳航天開始研製單組元垂直起降原理樣機，使用過氧化氫的分解產生高溫蒸汽及推力，並通過燃氣舵來實現伺服控制，最終實現垂直起飛及降落控制。由於其階段過程中所研製的樣機種類過多，在這裡就不一一細說了。
其最具代表的垂直起降飛行器Mod，使用單臺可變推力的液氧乙醇發動機作為動力源，通過矢量控制及流量調節來實現空中定點及橫向位移，而該款飛行器也在2008年的XPRIZE大獎賽中實現了異點垂直起降目標，並斬獲35萬美元的最高獎項。
儘管2013年後犰狳航天因為創始人的資金投入原因而處於停滯狀態，但其在早些時期所做的有關於垂直起降方面的技術嘗試，仍然為後人留下了大量可以借鑑的經驗基礎。
馬斯騰空間 Xombie
除了犰狳航天外，另一家美國民營航天初創公司不的不提，那就是馬斯騰空間（Masten Space System），作為當年與犰狳航天在XPRIZE中一戰高下的強勁對手，其在垂直起降技術方面所積累的經驗不容小覷。
成立於2004年的馬斯騰空間同樣是商業航天初創公司中的代表，小而精的做事風格使得馬斯騰在垂直起降技術領域至今仍然有著受人矚目的行業地位。該公司不僅以極其精準（16cm）的落地精度摘得了XPRIZE 賽事2009年度的桂冠，還憑藉其垂直起降方面的技術積澱得以與軍工巨頭格魯曼一同進行DARPA的XS-1計劃。
Xombie作為馬斯騰公司的最新垂直起降樣機，已作為試驗平臺用於測試視覺自主著陸系統。其動力系統使用的是液氧-異丙醇體系的變推力火箭發動機，額度工況下可產生約4kN的海平面推力。同樣通過矢量控制及流量調節來實現空中定點及橫向位移。
這樣體量的試驗平臺可以為高頻的試驗提供硬件基礎，曾有視頻顯示，馬斯騰在短短一個小時內就可以完成5次懸停試驗來嘗試不同的算法及參數。這樣高頻的試驗機會，可以快速縮短技術迭代過程中所需的週期。
太空探索 Grasshopper
說起垂直起降技術，最能引起大眾廣泛關注應該就屬SpaceX的“蚱蜢”火箭了。2002年成立的SpaceX雖然並不是垂直起降技術領域最早的實踐者，但卻是目前為止在該項技術上走的最遠的民營公司。
作為專門用於進行原理驗證的Grasshopper-1，其著陸緩衝機構可以說是深刻展現了其“實用主義”與研製規劃上的單點突破方式，在幾乎不考慮工業設計美感的情況下，儘可能地提高其緩衝能力，在試驗同時研製的Grasshopper-2則並行開展可摺疊著陸機構的優化設計。
其動力系統為單臺Merlin-1D液氧煤油發動機，同樣通過矢量控制及推力調節實現起飛與著陸。Merlin-1D液氧煤油發動機通過TEA-TEB（三乙基硼三乙基鋁的混合物）自燃點火劑進行發動機啟動，並且在其發動機系統中具有獨立的點火劑儲箱，相比於常用的膜腔方案，這樣的設計可以滿足發動機在飛行過程中的多次啟動。
Grasshopper-1於2012年9月實現首次飛行，上升至離地2m的高度並進行懸停狀態保持後安全返回地面。
2015年12月Faclon-9 V1.1首次實現內陸著陸場的發射回收，這也是人類首次實現在完成衛星發射任務的情況下進行運載火箭一子級回收的重大里程碑，記得當年正在看發射直播的火箭哥在成功回收的瞬間激動到眼眶溼潤。而這項技術成功的背後得益於SpaceX通過Grasshopper系列原理樣機進行的數十次不同高度及狀態的懸停試驗所積累的寶貴數據，在沒有前人探索的道路上，唯有腳踏實地小步快跑，在真實對象上進行技術探索與嘗試才實現突破的最快路徑。
翎客航天 RLV-T系列
細數了行業前輩們的發展歷史，我們可以看到垂直起降技術的發展並非一帆風順，而其今天所受到的矚目正是源於一次又一次的探索與波折。接下來就讓我們一起了解中國首家民營航天公司在垂直起降方面所做的工作與展望。
翎客航天早在2014年成立之初便開始啟動變推力液體火箭發動機的研製項目，並於2014年8月首次實現3kN額度推力的發動機整機試車，在當年12月前先後完成了十餘次不同推力狀態的點火試驗，積累了大量實驗數據及試驗方法。
2015年下半年，翎客航天正式啟動了RLV-T系列垂直起降原理飛行器的研製工作，與此同時在山東新建的試驗基地也在設計之初考慮了後續低空懸停軟著陸等一系列試驗的需求，增設了安全保護及地面冷卻等功能，確保了後續試驗的順利開展。
2016年6月15日，RLV-T1完成了首次繫留保護狀態下的全箭點火試驗，並在接下來的一個月內頻繁開展了各種細分狀態下的單點技術試驗。箭上諸如可重複變推力液體發動機、增壓輸送、低溫線性伺服閥、箭載控制系統等各關鍵分系統均由翎客航天自主研製，並在設計之初考慮到現場需要頻繁調試的試驗需求。因此RLV-T系列飛行器均具有現場無線程序更新功能，一天中最多可使用同一枚火箭進行7次不同狀態的飛行試驗。
2016年7月13日，在歷經70餘次不同狀態的點火試驗後，翎客航天終於在RLV-T1垂直起降飛行器上實現了首次懸停飛行，這也是國內首次通過單發動機矢量控制技術實現火箭懸停飛行，而這70餘次的飛行試驗均使用同一枚火箭及發動機，且過程中未更換過任何組件，展現了該變推力發動機良好的可維護性和重複使用特性。
在此之後，翎客航天先後衍生設計了3個不同版本的可重複試驗平臺，其各個版本的設計初衷也各不相同，例如RLV-T2具有更高的結構效率及可收縮著陸腿，可滿足更長更高的彈道飛行試驗需求，而RLV-T3則是基於RLV-T1的方案著重進行著陸機構設計以滿足頻繁起降飛行試驗。
這一切的初衷便是為了能夠在短時間、低投入情況下針對不同的關鍵技術難點對象實現快速迭代設計，從而在積累大量試驗數據的基礎上加快研發的整體速度並有效控制技術風險。
從2016年6月至今，翎客航天已完成近300次、數十種狀態參數及控制模型下的懸停飛行試驗，積累了大量的試驗數據與工程經驗，並通過數據分析篩選出了較優的控制算法進行空間位置及飛行姿態控制。
2018年1月4日，隨著熟悉的轟鳴聲響起，翎客航天RLV-T3垂直起降飛行器在山東龍口的試驗場上拔地而起，在進行定點懸停、平移飛行等一系列動作後，圓滿完成了從A點到B點的試驗目標。隨後幾天內，RLV-T3又完成了多次類似得彈道飛行，甚至在6級大風情況下，火箭依然具有設計的飛行精度和超強的控制魯棒性，充分驗證了火箭全系統的可靠性和回收控制技術的成熟。根據試驗計劃，在經過更多次飛行驗證及數據分析之後，翎客航天將會於近期進行火箭高空自由飛回收試驗，敬請期待。
2018年，翎客航天將基於目前正在研製的數噸級變推力液體火箭發動機設計規模更大的亞軌道可重複發射火箭。與此同時，於2017年10月發佈的翎客航天首款可重複運載火箭“新線一號”（NewLine-1）也進入到詳細設計階段，各關鍵分系統技術正在有條不紊地推進，目標在2020年實現首飛。
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