重大突破！中国“可重复使用航天器”顺利着陆，国外航天圈炸开了锅

（图文无关）

日前，中国一项令人瞩目的航天技术在国外航天圈里炸开了锅。彭博社、CNN等不少主流媒体轮番进行报道，文章称该技术保密程度高于常规。

引发这一轩然大波的就是中国于近日发射了“可重复使用试验航天器”。

报道称，9月4日，我国在酒泉卫星发射中心成功发射的可重复使用航天器，一枚长征2F运载火箭将该航天器送入了轨道。在轨飞行2天后，于9月6日成功返回预定着陆场，这标志着我国可重复使用航天器技术研究取得重要突破。

值得注意的是，此次发射仍停留在“试验”阶段。不过，“试验”一词是用于描述进入工程研制阶段的具体型号，因此本次发射试验，是为了实用化型号服务的。

那么“航天器可重复使用”为何会引发如此大的关注?有专家指出，航天器可重复使用是未来航天事业的一个方向。可重复使用将会大幅度降低航天成本，当下国内外商业航天蓬勃发展，民营企业为实现盈利更加讲究成本。

然而，目前各国在这一技术上差距巨大。“可重复使用”航天技术做得最成功的是美国，中国正在朝这个方向努力。

为何要大力发展“可重复使用”航天技术？

答案当然还是成本!

航天器可重复使用的最大价值，在于其重复利用性带来的巨大价格优势，这种优势将被转化为航天发展的总体优势。

众所周知，将卫星等运载物运上太空，在航天飞机退役之后，只有使用运载火箭才能做到。但过去的运载火箭都是一次性的，要输送更多的物质进入太空，就需要制造和发射更多的火箭，此中成本自然不低。

但如果运载火箭能够实现可回收利用，那么无论是建造成本还是发射成本都将下降。

（图片来源：space X）

放眼全球，目前只有美国“钢铁侠”埃隆·马斯克麾下Space X的猎鹰火箭，实现了运载火箭的低成本、可重复使用，过去5年，该火箭先后完成陆地、海上回收，被认为是商业航天领域典型的成功案例。

公开资料显示，猎鹰9号的单次发射成本为6200万美元(约合人民币4.4亿元)。相比之下，欧洲的Ariane 5，以及NASA的另一合作方——波音公司和洛克希德·马丁公司合资的联合发射联盟公司(ULA)旗下的Atlas V，单次发射成本高达1.65亿美元(约合人民币11.7亿元)。

简单粗暴计算，马斯克的SpaceX执行一次任务，都比同行便宜一半还多……

如今，随着商业航空竞赛进入白热化阶段，未来航空发射必将迎来数量级增长。因此，谁掌握了低成本、高效率发射技术谁就在航天领域拥有了话语权。

Space X一骑绝尘，中国正奋力追赶

航天器可重复使用技术上世纪80年代已出现。

1981年美国的航天飞机首次发射成功，其可反复使用，30年间，数架航天飞机一共执行了135次任务。但其维修费用是一笔巨额的开支，一次大修需花费5、6亿美元，再加上其可靠性差，“挑战者”号和“哥伦比亚”号先后爆炸，美国于是放弃了大型航天飞机。

进入21世纪后，美国载人航天实施“低轨商业化战略”，400多公里的低轨道航天业务主要交给民营企业。此后，涌现了像Space X、蓝色起源、Rocket Lab等一众强劲的商业航天公司。

2016年，SpaceX公司的猎鹰9运载火箭首次实现一子级回收。2017年，SpaceX又首次实现“二手火箭”的成功发射。2018年5月，“龙”货运飞船由最新型“猎鹰9号”火箭发射升空，同时实现了陆上回收。它在小修状态下可以重复使用10次，大修状况下可使用100次。

今年5月，“猎鹰9号”助推火箭又成功回收降落在SpaceX公司的海上着陆平台——一艘自动航天发射中心无人船上。到目前为止，只有Space X的猎鹰火箭真正实现了运载火箭的低成本、可重复使用。

（“猎鹰9号”相关数据|来源：SpaceX）

根据美国国家航空航天局(NASA)发布的报告，同样一枚“猎鹰9号”火箭，由NASA研发至少要13亿美元，而商业公司仅花费了不到4亿美元。也因此有人评价，马斯克这个拥有亿万拥趸的商业航天领军者，已经将航天发射的价格拉低了一个数量级。

此外，SpaceX凭借低成本的产品赢得了航天市场青睐。据不完全统计，“猎鹰9号”火箭已获得了未来5年全球38个发射合同，其中除政府的14个合同外，24个都来自国际商业发射市场。

而近些年，我国运载火箭高强密度发射已经成为常态，尤其是2018年，发射次数达到38次，位列世界第一。掌握“可重复使用”航天技术也就成为题中之义。

2019年7月26日，长征二号丙运载火箭在西昌卫星发射中心点火起飞，成功实现“一箭三星”发射。看似常态的一次火箭发射，却承担着一个鲜为人知的试验任务——火箭一子级的精准回收。

此次发射标志着我国首次完成了基于栅格舵的火箭残骸落区安全控制技术试验，成为继美国之后第二个掌握此项技术的国家。同时，这也意味着中国火箭回收技术验证迈出一小步。

根据中国航天科技集团第一研究院此前发布的《2017-2045年航天运输系统发展路线图》，到2030年前后，我国将研制成功以火箭发动机为动力的两级完全重复使用运载器，航天运输系统水平和能力进入世界航天强国前列。到2035年左右，运载火箭实现完全重复使用。

我国此次“可重复使用航天器”或类似航天飞机

此前，国内外航天爱好者和分析人士都指出，本次发射的是一种采取有翼构型、返回大气层时可以通过气动外形减速、滑翔，并且水平降落在普通机场上的飞行器，类似于航天飞机，包括有人驾驶的NASA航天飞机和无人驾驶的美国空军X-37B。

有外媒报道称，中国在2017年表示，计划在2020年测试可重复使用的太空飞机。文章指出，最近几个月，中国在长征2F运载火箭的发射塔上进行了明显的改装工作，这导致人们猜测，这项改装工作将允许发射比标准长征2F火箭更重更大的载荷，有翼航天器可能需要进行此类准备工作。

与SpaceX所采用的火箭回收不同，航天飞机可以从普通机场起飞将航天器运送到轨道。这将为未来的航天运输带来革命。

“可重复使用”航天技术难度大要求高

由于，中国此次可重复使用试验航天器的资料不多，无法详细探究，就以SpaceX“猎鹰9号”火箭为例简单介绍一下“可重复使用”航天技术。

运载火箭的设计原理是通过分级火箭按照“使用—分离—抛弃”的顺序，一级一级地把有效载荷运到轨道上去。所谓运载火箭的重复使用，就是让火箭的助推器、一子级等部件在发射后安全返回，经过整修后重复利用。

这其中使用了关键的“栅格舵”技术方案。

以“猎鹰9号”执行第一地球轨道任务为例。火箭起飞后140多秒的时候，高度为60公里左右，速度已经达到了非常快的6马赫(1马赫即一倍音速)。这时候它的一子级就关机，与二子级分离，之后发动机喷口朝着回收点的方向，进行第二次点火，来减小飞行的速度。

当飞行高度达到70公里左右，一子级上的栅格翼打开。它的作用有两个，一是利用气动进行减速，二是对火箭的姿态进行控制。接下来是第三次点火，快到着陆点的时候还有第四次点火，使速度降到5米/秒，着陆缓冲支撑腿打开。最后，也是最惊险的环节———垂直落在地面上。

简而言之就是，一子级重返大气后，进行减速，调整箭体姿态。接近地面时，火箭一子级顶部四个栅格翼展开，对箭体姿态进行稳定。主发动机再次点火，火箭进一步减速，一子级逐渐接近地面着陆场，实施软着陆。

（火箭回收着陆|图片来源：SpaceX）

我国去年进行的火箭一子级的精准回收也采用了栅格舵技术。

长征二号丙运载火箭上升时，位于一子级外侧壁的几片栅格舵紧贴箭体，以避免对发射造成影响。一子级分离后，重新返回大气层，栅格舵完成了“解锁-展开-按控制指令转动”等一系列复杂动作，并承受了上千摄氏度高温、近10倍自重的冲击力。

小小的栅格舵，展开后如小翅膀，保持着箭体姿态稳定，帮助一子级精准回归地面。

这个过程听起来很简单，但实际却难度高要求大。火箭要垂直降落，一是要准确找到那个点，因此导航制导精度要求特别高;二是它快要落地时要垂直降落，不能倾倒，这对它本身姿态的控制要求比较高。

虽然，我国这次的可重复使用航天器与运载火箭不同，但毋庸置疑的是，各种航天器的重复使用，将为人类往返太空大幅降低成本，是未来航天事业的一个方向。

参考资料：

http://www.xinhuanet.com/tech/2019-08/05/c_1124836977.htm

https://www.shobserver.com/news/detail?id=255791

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1677142281728948517&wfr=spider&for=pc