7月10日,歷史性時刻到了,長征十號乙運載火箭在海南發射升空後,一子級火箭垂直返回,在海上回收平臺成功回收,令人十分興奮。
這是我國首次成功實現運載火箭可控回收,同時也是全球首次以中國創新的「網系方式」實現火箭回收。中國成為全球第2個掌握大運力可回收火箭技術的國家。
在5個月前,長征十號乙的姐妹火箭長征十號甲在今年2月11日試射,其一級火箭試驗降落在回收平臺附近海域的海上,未直接試驗回收。今次是首次試驗回收,一試就成功。
美國獵鷹九號運載火箭2010年6月首次試飛, 到2015年12月,才首次成功回收,中間試驗了5年多, 共經歷了 19次發射試飛。而中國第一次就成功。這一刻中國已經等待了超過10年,我們終於也有了自己的回收複用火箭。
長征十號乙是長征十號家族的「純商業貨運版」,基於載人火箭長征十號甲研製,拆除了為載人而安裝的逃逸塔等安全冗餘,專為商業衛星星座批量發射服務。火箭為兩級構型,一子級(可回收部分)配備7台120噸級YF-100N/P液氧煤油發動機,二子級換裝1台YF-219液氧甲烷發動機,真空推力140噸。這使其成為全球首款煤油與甲烷並用的大型運載火箭,兼顧推力與經濟性,屬中國重大自主創新。全箭起飛重量約540噸,高度約70米,回收狀態下200公里近地軌道運力不小於16噸,與SpaceX獵鷹9號處於同一區間。
長征十號乙的回收方式完全跳脫了SpaceX的垂直起降路徑,走出了一條中國獨創的「海上網系回收」路線。
獵鷹9號的回收採用垂直起降(VTVL)範式,箭體自帶四條沉重著陸腿,依靠發動機反推與柵格舵控制,讓火箭垂直降落於平台。長征十號乙卻取消了著陸腿,改為箭體加裝掛鉤裝置。當一子級與二子級分離後,二子級繼續奔赴太空,一子級則再入大氣層,啟動發動機再次點火減速,同時伸出柵格舵調整姿態,使箭體垂直向下,緩慢下降至預定海域的「領航者」號回收船上空。
「領航者」號是中國首艘火箭網系回收海上平台,由廣船國際建造,船長144米、寬50米、滿載排水量2.5萬噸,具備DP2級動力定位能力。當火箭進入回收船上空時,平台展開一座約36米高上下兩層的雙井字型柔性阻攔索網。箭體上的4個掛鉤在索網逐步收窄的過程中,被精準捕獲——如同艦載戰鬥機被航母阻攔索「拽住」一樣,火箭懸空完成回收。這是全球首次火箭一子級海上網系回收驗證。
這一方案的核心優勢在於減重及容錯率較高。北京理工大學空天學院特別研究員劉新福分析,取消著陸腿可免去結構「死重」,僅保留輕量化掛鉤,節省約2噸箭體重量,直接轉化為有效載荷運力,箭體減重約15%。同時,網捕對著陸精度的容錯率比垂直著陸更高,對末端落點精度要求相對寬鬆。該方案理論上支持一子級火箭復用超過10次,箭體周轉僅需約72小時。
回收方式的差異最終指向成本競爭力。獵鷹9號憑藉一級復用超30次,公開報價約7400萬美元/次,每公斤約2.3萬元人民幣。中國目前性價比較高的一次性火箭長征十二號,單位報價已低於2萬元/公斤,即使用一次性火箭,低軌組網單價已追平甚至略低於獵鷹9號的公開報價。這意味著中國在尚未實現回收復用的情況下,一次性火箭的價格已與獵鷹9號的可回收售價打平。長征十號乙一試回收就成功,未來成熟商用,回收復用10次可使發射成本降低40%以上。業內人士預測,2027至2028年國產多型火箭報價將降至2萬元以下甚至接近1萬元,至2029至2030年規模化航班化發射後,可低於1萬元。
可以這樣總結。第一,長征十號乙以原創的「海上網系回收」取代著陸腿,運力與獵鷹9號相當,走出不複製SpaceX的新技術路徑。第二,中國火箭回收後成本降低40%以上,每公斤有望壓至1萬元以下,中國將從追平轉為領先,有利於中國大規模發射衛星組網。第三,發展可回收火箭是登月及建設月球基地的重要一步,因為未來要有大量裝備運上月球,運載成本至關重要。中國在可重複使用火箭技術上領先,就是在登月計劃上領先。
盧永雄