远望智库 兰顺正 战略前沿技术

据厦门大学微博发布的消息称，2019年4月23日上午7时28分，由厦门大学航空航天学院和北京凌空天行科技有限责任公司共同研制的厦门大学“嘉庚一号”火箭在我国西北部沙漠无人区成功发射。“嘉庚一号”是一款创新型的带翼可回收重复使用火箭，火箭长8.7米、宽2.5米、重3700公斤,用于飞行验证由厦门大学航空航天学院设计、研制的高超声速双乘波前体。火箭全程在大气层内飞行，最大飞行高度27.4km。最终在指定着陆点成功回收。从该则消息中，不难看出中国在带翼可重复使用火箭技术领域已经取得了进步。

随着人类航天活动的日益频繁，为了降低航天发射成本，各国政府以及企业正在争相研制可重复使用火箭。可重复使用火箭按重复使用程度可分为部分重复使用和完全重复使用，而现在主要部分重复使用技术方式包括：伞降式（气囊）、反推火箭式和带翼飞回式等方式。

目前反推火箭式重复使用技术发展的最快，也最为成熟，已经投入运营。如美国太空探索公司的“猎鹰”系列火箭和蓝色起源公司的“新谢泼德”火箭等，已实现了多次成功回收与再利用。

而有翼回收火箭的方式相当于将火箭设计为一种变体飞行器，使用固定翼飞机的方式对火箭进行回收。如苏联曾在研制能源重型运载火箭时考虑过采用水平回收方式回收助推器或全部箭体，计划使箭体在完成既定任务后展开折叠机翼成为一架无人机并飞至机场水平着陆。由于该技术需要在传统火箭上添加机翼、控制系统、起落架和吸气式的发动机等新系统，而且为了使火箭不仅能够承受垂直发射时的以轴向为主的载荷，还能够承受水平回收阶段和降落时的横向载荷，因此还需要重新设计火箭箭体的结构。再加上该型运载器为了高速飞行，一般升阻比较低，着陆时速度会比较快，导致安全问题突出。以上的一切使得这种回收方式复杂程度非常高，其研制进度也相对缓慢。

不过近几年随着航空航天技术的发展，有翼回收火箭逐步受到重视。如俄罗俄罗斯正在研制的 “安哥拉”新型运载火箭就提出了两种助推器回收方案，其中一种就是“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，在垂直起飞时使用 ＲD-191 火箭发动机，完成任务后展开机翼并在涡扇发动机推进下返回发射场并水平着陆，其火箭发动机安装在助推器尾部，涡扇发动机安装在助推器头部。据称，“贝加尔号”可重复使用多达 100 次。它有 80％的净质量可以重复使用，预计可使发射成本比“质子号”火箭降低 30％～50％。

而在2017年5月24日，美国国防先进研究规划局（DARPA）与波音签订协议，研发XS-1（Experimental Spaceplane）高超音速飞机。XS-1核心指标一是把每次发射的费用降低到500万美元以下，比现在的典型发射成本降低90%，二是要实现快速发射，火箭一子级要做到垂直起飞、水平着陆，可在 10 天内执行 10 次飞行任务。XS-1虽被称为飞机，但其实质就是一款带翼可返回式运载火箭。根据美国的报道，当XS-1抵达近地轨道后，它将释放又被称为"太空摆渡车"的一次性使用上面级，这个上面级能把一颗重1360千克的卫星发射至更高的极地轨道。然后XS-1掉转方向返回地球，像飞机一样水平落地，再经过一般的维修后，数小时内就能再次发射使用。

另外欧洲空客集团也宣布他们正在开发可重复使用运载系统——Adeline。在火箭上升段中，Adeline 将与火箭一子级分离，以 5 倍声速再入大气层。Adeline通过两个小型翼和涡轮发动机提供动力，最终降落在预定跑道上。

中国在相关领域的发展也不容小觑，不过以前比较受重视的依旧是伞降回收与垂直回收。如中国航天科技集团公司一院科技委主任鲁宇2017年接受媒体采访时表示，中国正在展开可重复使用运载火箭技能研究，包含垂直起降计划和伞降计划，现在两个计划均已完结有些实验验证，一些关键技能现已获得突破。而在今年3月27日，中国商业火箭公司翎客航天研制的RLV-T5可回收火箭完成首次低空飞行垂直回收试验。此次“嘉庚一号”火箭的发射与回收成功，意味中国火箭可重复使用技术在三种主要回收方式上都已经取得了突破，未来能够更好的助力中国成为太空强国。