智东西内参|太空旅行、卫星互联照进现实！揭秘飞速发展的商业航天，可回收火箭为核心

运载火箭实现可重复使用需要在火箭完成使命后，使其安全返回地面才能在检修后再次投入使用。因此，回收方式对可重复使用运载火箭的设计至关重要，可分为伞降回收、垂直回收及带翼飞回三种：
伞降回收是一级火箭完成级间段分离后使用降落伞进行回收的方式，具有技术成熟度高、运载能力损失小（约 10%）、成功率高等优势，尤其能减少对地面人员设施的危害。但伞降回收对着陆地形要求高且难以控制着陆点，火箭落地后发动机也随之报废，与真正意义上的“回收利用”差距很大。采用伞降回收的代表火箭如联合发射联盟公司（UnitedLaunch Alliance，ULA）（未上市）的“火神”火箭，该火箭一级发动机结束工作完成级间分离后，使用降落伞进行减速，由直升机在空中实现回收。

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“火神”火箭 SMART 技术示意图
垂直回收是通过重启一级火箭发动机以减速并调整至指定地点的回收方式，重启发动机需预留推进剂，火箭运载能力损失约 30-50%。采用垂直回收的代表火箭如 SpaceX（未上市）的“猎鹰 9 号”运载火箭，该火箭一级火箭分离后，通过姿态控制系统使一级火箭倒转，重启发动机反推火箭进入预定返回轨道，据报道，“猎鹰 9 号”火箭运载能力因回收会损失运载能力达 40%以上。

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“猎鹰 9 号”火箭一级回收飞行剖面
带翼飞回是一级火箭装备机翼、起落架等结构利用空气动力滑翔降落的回收方式，该方式对火箭整体结构设计要求高，机翼结构重量等因素致使火箭运载能力损失约 40%。采用带翼飞回回收的典型代表是俄罗斯提出的贝加尔号有翼助推器方案，贝加尔号为第一级带翼飞回式助推器，可飞回发射场以自动方式像飞机一样着陆，可重复使用 100 次。
伞降回收、带翼飞回各有限制，垂直回收可回收包括发动机在内的核心部件，商业应用价值最高。伞降回收方式不能改变飞行轨迹，返回过程箭体载荷环境较为恶劣，着陆精度差，对回收和复用不利，且受限于降落伞尺寸，难以满足较大箭体的回收。带翼飞回目前仍停留在概念设计阶段，利用自身动力飞回发射场并水平着陆需要对火箭设计改动，造成结构更复杂、质量增加，导致运载能力损失较大。而垂直回收则能够有效改善上述问题，通过发动机多次点火减小飞行载荷、提高着陆精度，同时其对火箭设计的改动最小，可回收包括发动机在内的核心部件，在三种回收方式中商业应用价值最高，但实现火箭垂直回收需要攻克一系列关键技术问题。
2020 年 12 月，我国新一代运载火箭长征八号首飞成功，该研制团队以垂直起飞和垂直降落为目标，围绕火箭一级回收在着陆缓冲机构、低空低速的返回段制导、自主控制等回收技术领域做了试验。除了国家队之外，我国民营火箭公司也在进行火箭垂直回收相关实践。
2021 年 3 月翎客航天（未上市）完成了国内首次公里级可回收火箭首次自由状态下的 20 米低空飞行回收试验。2021 年 7 月，深蓝航天完成了首次“蚱蜢跳”10 米级运载火箭垂直回收飞行试验，10 月，该公司“星云-M”1 号试验箭完成了百米级垂直起飞及降落回收（VTVL）飞行试验，在液氧煤油火箭领域的成功垂直回收高度上实现新的突破。深蓝航天投资副总裁束浩然表示，公司将于 2022 年进行 1 公里级和 10 公里级的火箭垂直回收试验验证，如若成功将标志着中国商业运载火箭垂直回收进入新的发展阶段。
第二种途径为通过垂直整合产业链强化对产业链的自主可控能力。SpaceX很早就通过收购等方式进行产业布局，并逐渐具备了集卫星和火箭制造、地面站建设、火箭发射和回收、卫星运营和服务于一身的完整产业链。航天供应链是复杂性水平最高的供应链之一，不同于洛马（LMT US）和波音（BA US）公司必须与 12,000 家供应商合作才能制造火箭，SpaceX 秉持“自给自足”的原则，推行自主化的生产模式。
在制造方面，拥有年产 40 枚“猎鹰 9”火箭的能力，箭上产品的自产率高达 80%，既充分利用搅拌摩擦焊等成熟的工业技术生产贮箱，也利用 3D 打印等新型技术生产阀门；在测试方面，拥有 242 公顷的推进及结构测试试验厂房，可以随时进行测试，不需要租用测试设施；在发射场方面，除现有的三个发射工位外，还在美国境内寻求其他的用于商业航天的发射场，不单纯依赖空军发射场，以实现发射任务的快速周转。

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