中國或已開始火箭回收技術預研 材料仍是薄弱點

近日，美國太空探索技術公司SpaceX的“獵鷹-9”運載火箭順利完成首次垂直回收，這在世界航天史上寫下濃重一筆，為運載火箭的重復使用奠定了基礎。專家表示，重復使用將是未來運載火箭發展的必然趨勢，無論在商業上還是在軍事上都有巨大的價值。中國也在進行重復使用運載火箭的技術論證和研究工作，但這對中國航天工業將是一個新的考驗。

中國或已有規劃方案

一名中國專家24日對《環球時報》記者介紹，目前運載火箭有兩大發展趨勢，一個是重型運載 火箭，一個就是可重復使用運載火箭，因為一旦可以回收并重復使用，困擾航天發射的最大因素——成本問題就解決了。這名專家說，如果能成功回收并再次利用一 級火箭，可以節約成本的80%，而如果能重復利用二級火箭則能節約98%，因為燃料的成本基本上可以忽略不計。

有資料顯示，火箭的硬件占全部飛行成本絕大部分，推進劑成本只占全部飛行成本不到0.4% （不同燃料所占比例不同）。SpaceX曾表示，5000多萬美元的發射報價中，燃料成本只有大約20萬美元。即使使用的是相對昂貴的偏二甲肼/四氧化二 氮的長征-2F運載火箭，一次發射的燃料成本也只有約1728萬元，而這在整個制造火箭的成本中所占比重非常小。

專家認為，由于回收火箭的巨大好處，除了美國之外，歐洲、日本甚至印度都在對相關技術進行預研。對于中國是否有這方面的計劃與預研，這名專家表示“不方便透露”，但他強調，中國一直在關注全球航天領域技術發展的最新趨勢。

《環球時報》記者查閱了航天科技集團公司網站2013年4月刊登的一篇原載于《中國航天報》的文章稱，全國政協委員、航天一院黨委書記梁小虹在當年全國兩會上透露，我國相關部門正在抓緊論證和規劃火箭重復使用，“計劃未來一段時間內能拿出方案”。

文章還引用中國工程院院士、火箭專家龍樂豪的話說，航天科技集團公司相關單位已經 組織力量對火箭可重復使用技術進行專門研究，在兩級入軌系統、助推器選擇、重復使用、安全回收等方面都有所考慮。“目前，我國已經在某些單項技術上取得一 些可喜成果，尤其是在火箭推進系統和回收技術方面，已經在地面上通過一些試驗并得到驗證。”這篇報道稱，龍樂豪表示，目前我國火箭可重復使用技術仍然處于 探索階段，尚未實現工程應用。倘若國家高度重視，在3-5年內可實現工程應用。同時，我國的火箭可重復使用技術研究或將建立在垂直升降技術基礎上。據梁小 虹介紹：“可重復使用火箭先是助推器，然后是一、二子級實現重復使用，之后是整個火箭實現可重復使用。”

是機遇更是挑戰

專家表示，總體上看，世界各國在重復使用運載火箭方面的研制仍處于起步階段，這對 于中國航天來說無疑是一個機遇，同時也是一個不小的挑戰。從垂直回收技術上來看，在回收過程中要通過火箭發動機在推力和方向上的不斷調節和調整來進行精確 控制。這就需要運載火箭的推力有大范圍的推力調節能力，這對燃燒、渦輪泵、閥門等各組件要求很高。還需要解決大長徑比的發動機垂直降落的姿態控制、支撐結 構設計等一系列難題。更重要的是，回收系統不僅要能夠實現基本功能，還要達到相當高的可靠性。另外，其重量、體積必須最小化。否則，它對于火箭來說是一個 巨大的“累贅”。SpaceX公司CEO馬斯克曾透露：“與傳統一次性運載火箭相比，完全可重復使用火箭搭載的有效載荷要少40%。”

可靠的回收只是火箭重復使用的第一步。火箭的重復使用對于發動機核心部件的性能和 壽命提出了更高要求。目前火箭發動機的設計壽命、試車時間都是以秒為單位計算。對于一次性使用的火箭來說，保證材料和相關設計在短時間能頂得住是一個問 題，而確保長壽命使用又是另外一個問題。美國航天飛機的主發動機的燃燒室壓強高達207個大氣壓，燃燒室的工作溫度約為3300度（目前最先進的渦扇發動 機渦輪前溫度不到1700度），其一個小小的渦輪泵的功率就是目前最先進主戰坦克發動機功率的數十倍。讓這樣的發動機順利工作一次就已經非常困難，而要重 復使用多次，那么對材料和工藝的要求將上一個巨大的臺階。

一名不愿透露姓名的中國軍事專家表示，重復使用的火箭對基礎工業和材料工業的要求將達到一個空前高度，而這正是中國航天業的薄弱點。

或成美加速太空軍事化工具

運載火箭的重復使用，意味著商業發射費用大大降低，普通人擁抱太空也不再是夢想。同時，軍用航天的一些設想也將得以實現。

美國空軍2003年11月出版的“美國空軍變革飛行計劃”報告中，在其未來天基武 器藍圖中引用了“極高速桿束”概念，該報告提到的用于打擊地面目標的極高速重金屬桿長6.1米，直徑0.3米，打擊速度為10馬赫。這就是被傳得神乎其神 的“上帝之杖”的原型。不過，這樣一根鎢棒的重量在9噸左右，如果一個平臺裝載10根左右的鎢棒，加之結構重量，將達到100多噸，相當于一個太空站的重 量。如果考慮到全球快速打擊，就必須在軌道上部署6-8套這樣的系統，這在經濟上是目前任何國家都不能承受的。美國《大眾科學》網站2004年的一篇文章 就認為，如果所謂的“上帝之杖”想要實現的話，沒有至少15年是不行的。

而那名中國軍事專家則表示，向太空中發射鎢合金桿需要遠比現有火箭發射技術更為廉價的火箭技術。而未來，一旦掌握火箭重復使用技術，那么類似于“上帝之杖”甚至美國當年的“星球大戰”計劃的設想，至少在經濟上是可以承受的了。