中国的可回收火箭什么时候来?跟私营公司有多大差距?

说到中国的可回收火箭,不得不让人想到长征八号,这是我们国家公开报道的第一款可回收火箭。但是长征八号最早也得2019年底到2020年才能发射,那么在此之前中国有没有可回收计划呢?长征八号成本能不能小于猎鹰9号呢?

中国的可回收火箭什么时候来?跟私营公司有多大差距?

一、中国迫切需要可回收技术

世界各国都期待可回收技术的突破,但中国最迫切。倒不仅仅是因为要降低发射成本,还有很多现实的考虑。我们国家有四个航天发射场,其中三个在内陆,火箭残骸很容易降落在居民区。虽然每次火箭发射,都要对火箭残骸的预计落点附近的居民进行疏散,不会伤到人,但工作量很大,对民居和农田也可能造成伤害,而且残骸的搜寻工作量也很大。

短期内,把三个内陆发射场都放弃也是不可能的。因此,尽快发展出一级火箭及助推器的回收技术,对于我国航天发展来说是非常必要的。其中,长征八号在设计时就考虑既能在文昌发射,也能在三个内陆发射场发射。

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火箭残骸

中国的可回收火箭什么时候来?跟私营公司有多大差距?

火箭残骸落入民宅

二、回收技术分步走

目前主流的回收技术,有三种。分别是伞降回收、垂直回收和带翼滑翔返回。三种都实现了使用,其中美国的航天飞机用到了第一种和第三种。spaceX的猎鹰9号实现了垂直回收。那么中国的回收技术怎么选择呢?

1. 首选可控翼伞降方式

有人会说,长征八号明明是垂直降落模式,怎么说首选伞降方式呢?其实,长征八号并不是唯一需要回收的火箭。前面提到我们内陆发射场对可回收技术的迫切需求,我们必须尽快解决火箭残骸随机散落的问题。因此,用可控翼伞降方式回收助推器和芯一级,对于回收火箭来说不一定有太大价值,但是对于控制残骸散落问题却非常有价值。可控翼伞降可以大幅减少落区范围,实现小范围安全降落。这个效果的好处可想而知。

所以说,我国很有可能在长八之前就要试验伞降回收助推器的方案。

此外,按长征八号的固体助推器,不具备垂直回收的能力,只能采用伞降的方式。美国航天飞机的固体助推器也是通过伞降回收。同样的道理,我国实现首飞的两个民营公司发射的都是固体火箭,都不可能采用垂直回收的方式,只能伞降或放弃回收。

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2.长征八号验证垂直回收

虽然说,长征八号芯一级采用垂直回收已经没有悬念了,但是,为什么完全采用成熟技术的长征八号不是现在试飞,而要等到2020年才会试飞呢?应该是回收技术环节还有障碍。

一方面,长征八号芯一级采用两台YF100液氧煤油发动机推动,要想实现可回收要比猎鹰九号更困难。因为猎鹰九号芯一级有9台发动机,回收的时候大部分燃料耗尽,不需要太大的推力完成着陆,因此可以关掉几台,最后只用3台发动机着陆就可以。但是长征八号就必须通过变推力发动机来实现,而现有的YF100发动机的推力可调范围是65%-100%,对于空壳降落来说,这个推力太大了,平稳着陆很困难。

第二方面,可能弹性支架也需要经过不断的试验才能应用。火箭想要平稳着陆,除了需要反推力以外,着陆的弹性支架也很重要,既要站得稳,也要吸收反弹的能量,不能让箭体收到伤害。这个技术,从原理上不难,但怎样安装到火箭上,什么时候打开,怎样保证平稳着陆应该也需要大量验证工作。

此外,减轻火箭的自重,对于火箭运力和可回收来说都非常重要。长征八号如果使用更轻的航天材料,也需要一定的技术攻关。

但是不管怎么说,长征八号是要实现垂直着陆的,为其他型号包括大型火箭长征五号和未来的重型火箭长征九号的回收蹚平道路。

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3. 技术细节

长征八号的基本构型已经确定,但怎样实现回收的细节还没有公布。因此,我们可以畅想一下。

首先,固体助推器最好还是可控翼伞降。有人设计让助推器和芯一级一起回收,靠芯一级的推力完成,看起来挺好,但是固体助推器完成任务后不及时分离,给火箭运力造成很大损失,并不划算,除非控制到助推器和芯一级同时结束助推,一起分离。但即使这样,增加两个助推器空壳,也需要芯一级预留更多燃料才能完成任务。

其次,发动机必须尽快突破更大范围的变推。参照猎鹰九号,三台降落发动机,每台推力最小可调到60%,大概可以减少到20%的主推力,如果减少到一台发动机,可调的范围更大,轻松实现小于1倍过载,对于实现平稳着陆非常有利。而YF100要想实现同样的效果,就需要小于10%的最小推力,这个困难程度可想而知。估计这就是短时间内不发射的重要原因。当然,也可以通过算法来实现大推力多次点火着陆,那对箭载计算机的要求就会比较高,对于系统稳定性要求也比较高。

最后,其实长征八号也可以加上两台游机,两台YF115改造成下面级游机,18吨的真空推力,大概的地面推力接近16吨,再加上推力可调,两台游机配合能够更轻松实现平稳着陆。起飞主要靠大推力发动机,降落靠小推力游机,实现起来要比大范围推力可调容易很多。因为可重复利用,也无需太多考虑增加的成本。

中国的可回收火箭什么时候来?跟私营公司有多大差距?

最终的可回收方案,我们静观其变。但如果能够实现可回收,长八的成本还是很有可能低于猎鹰九号的。毕竟本身中国航天的成本在国际市场上都是很有优势的,再加上可回收,应该可以比猎鹰9号更有优势。现在来看,我们跟spaceX的可回收差距至少有五年。

关于可回收火箭,今天就介绍到这里,以后还可以继续讨论相关话题。

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