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(fā)展的必然趨勢，無論在商業(yè)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(yè)將是一個新的考驗。

中國或已有規(guī)劃方案

一名中國專家24日對《環(huán)球時報》記者介紹，目前運載火箭有兩大發(fā)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(fā)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(jié)約成本的80%，而如果能重復利用二級火箭則能節(jié)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(fā)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(fā)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(fā)展的最新趨勢。

《環(huán)球時報》記者查閱了航天科技集團公司網(wǎng)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(xié)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(guī)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(jīng) 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(tǒng)、助推器選擇、重復使用、安全回收等方面都有所考慮�！澳壳�，我國已經(jīng)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(tǒng)和回收技術方面，已經(jīng)在地面上通過一些試驗并得到驗證�！边@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(xiàn)工程應用。倘若國家高度重視，在3-5年內可實現(xiàn)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(jù)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(xiàn)重復使用，之后是整個火箭實現(xiàn)可重復使用�！�

是機遇更是挑戰(zhàn)

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(zhàn)。從垂直回收技術上來看，在回收過程中要通過火箭發(fā)動機在推力和方向上的不斷調節(jié)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(jié)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(fā)動機垂直降落的姿態(tài)控制、支撐結 構設計等一系列難題。更重要的是，回收系統(tǒng)不僅要能夠實現(xiàn)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(tǒng)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�；鸺�的重復使用對于發(fā)動機核心部件的性能和 壽命提出了更高要求。目前火箭發(fā)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?shù)米∈且粋�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(fā)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(fā)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(zhàn)坦克發(fā)動機功率的數(shù)十倍。讓這樣的發(fā)動機順利工作一次就已經(jīng)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(yè)和材料工業(yè)的要求將達到一個空前高度，而這正是中國航天業(yè)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(yè)發(fā)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(xiàn)。

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(tǒng)，這在經(jīng)濟上是目前任何國家都不能承受的。美國《大眾科學》網(wǎng)站2004年的一篇文章 就認為，如果所謂的“上帝之杖”想要實現(xiàn)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(fā)射鎢合金桿需要遠比現(xiàn)有火箭發(fā)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(zhàn)”計劃的設想，至少在經(jīng)濟上是可以承受的了。