【觀察】中國完成對火箭殘骸精準回收 中美太空博弈添變數

撰文:劉言 姜庚宇
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據央視新聞周日(4日)報道,中國近日完成了對火箭殘骸的精準控制,長征二號丙火箭的一部分殘骸準確落在了設定的墜落區域範圍內。
換言之,中國成為繼美國之後第二個掌握火箭殘骸精準回收技術的國家,這為中美太空博弈增添了新的變數。

中國可回收火箭的研製發射工作正在不斷推進之中。(VCG)

可解決火箭殘骸墜落區域居民疏散問題

全球太空競賽早在上個世紀已拉開帷幕,1969年的登月業已被列為人類歷史上最偉大的成就之一。中國面向宇宙的志向已很明顯,對當今的中國航天來說,火箭發射、衛星入軌等也已是司空見慣的尋常事,但中國完成對火箭殘骸的成功回收,還是在中國航天乃至國際航天領域內吸睛無數。

隨着中國航天技術的快速發展,運載火箭高密度發射成為常態。同時在內陸發射場的周邊,人口數量也逐年增加。在過往,每次火箭發射任務前都會將殘骸墜落區域內的居民疏散到安全地帶,以為保障周邊人員安全。官方聲音指,此次對火箭殘骸精準控制技術的驗證成功,可解決火箭殘骸墜落區域居民疏散問題,也為中國運載火箭後續助推器及子級的可控回收、軟着陸、重複使用等技術奠定堅實基礎。

但是,這次的火箭殘骸回收成功並不意味着中國已完全掌握火箭可回收技術。長二丙火箭總體主任設計師牟宇表示,這次試驗回收的只是火箭殘骸,只能實現火箭殘骸「指哪兒落哪兒」,並進行精準回收,距離實現火箭回收再利用還需要一些其他相關技術的支持。但這一次的成功,已經讓中國官方在火箭可回收的路上收穫了第一次的成功。

中國面向宇宙的志向已很明顯,對當今的中國航天來說,火箭發射、衛星入軌等已是司空見慣的尋常事。(VCG)

實現運載火箭箭體多次重複使用

早前,人類已知的太空運載器多為一次用,所需花費頗高,火箭發射升空後運載火箭逐級燒盡脱落,在重返大氣層時與空氣劇烈摩擦而熔化、燃燒,最後與地面猛烈撞擊,成為一堆金屬殘片。

而如果航天運載器在進入太空預定軌道後,還可從軌道返回地面,實現可回收,則意味着運載火箭的箭體就可多次重複使用,實現發射成本的大幅降低。

1972年1月,「航天飛機」設計方案誕生。NASA遊說美國當局發展航天飛機時,列舉航天飛機可擁有的諸多優點,如可以多次往返重複使用,能送7人外加將近30噸貨物進入太空,返回時可把14.5噸的有效載荷從軌道上運回等。 其後,美國成為世界上第一個擁有與實際操作航天飛機,且是唯一成功以航天飛機進行過載人任務的國家,亦為機隊陣容最龐大的國家。

2019年6月25日,SpaceX「獵鷹」重型火箭首次在夜間發射,這是SpaceX有史以來最具特色的發射之一。(VCG)

美國「獵鷹重型」火箭重用能力亮眼

自從馬斯克(Elon Musk)創立的民營太空探索公司SpaceX在2015年第一次實現成功回收火箭以來,全球火箭發射的市場價格就被不斷拉低。同年,美國空軍開始與SpaceX探討用獵鷹火箭為軍方發射間諜衛星和絕密空間飛行器的可能性。

2018年2月6日,在獵鷹9號基礎上改進而成的世界上現役最強大重型運載火箭——獵鷹重型火箭發射成功。那一次的發射,不僅將SpaceX總裁馬斯克名下的紅色特斯拉跑車成功送入了太空,且成功回收了助推火箭,引發全球關注。

「獵鷹重型」火箭的可重複使用能力亮眼,與火箭上面級分離後,3枚一級火箭將按計劃執行回收程序返回地球。作為可回收式火箭,「獵鷹重型」火箭的首發成功,意味着把昂貴且沉重的人造衛星直接送入某些特定高度的軌道有了另一個低價方案的可能。理論上,火箭第一級推進器可重複使用1000次,太空加油飛船重複使用100次。

包括SpaceX的Grasshopper在內的一些美國火箭,都力爭在最短時間、最小投入下進行火箭回收技術快速驗證迭代,積累試驗數據並加快其成熟。

2019年4月18日,中國首家從事運載火箭研製的商業航天創業公司翎客航天的可重複使用火箭RLV-T5測試發射前,工程師們在安裝有效載荷整流罩。(Reuters)

中國企業完成火箭「公里級」低空飛行回收試驗

而中國方面,在2018年4月24日舉行的中國航天大會上,龍樂豪院士所做的報告中透露了中國新型可回收火箭的進展情況。該型運載火箭在「長征八號」的基礎上研製而成,採用子級整體垂直反推回收方式,類似於美國「獵鷹」系列運載火箭,可實現火箭部件的再利用。

「長征八號」火箭採用回收技術之後,其發射報價將進一步降低,有利於爭奪國際商業衛星發射市場份額。採用回收技術的「長征八號」火箭預計最早於2020年首飛,在其服役後,可回收火箭技術也將不再被美國一家壟斷。

可回收火箭在正式發射任務前,需要進行不同高度、不同速度、不同環境下的飛行及回收試驗,在難度遞增的同時,對全箭各系統能否正常工作,可提供最直接有效的驗證。

從公開報道來看,中國商業航天創業公司翎客航天專注於可重複發射與液體火箭發動機技術,繼2018年1月實現RLV-T3型火箭低空回收及平移、2019年1月實現RLV-T5型火箭懸停飛行試驗後,2019年3月27日,在位於山東龍口的火箭回收試驗場,該公司成功完成了公里級可回收火箭首次自由狀態下的低空飛行回收試驗。

翎客航天於2015年6月最早啟動可回收火箭的研製,並開展了數百次地面試驗和飛行試驗,根據其規劃的火箭垂直起降回收技術迭代路徑,2018年3月正式啟動的工程代號為RLV-T5型火箭設計初衷即是實現火箭「公里級」的回收技術驗證。看似短短的1公里,對於中國的火箭回收卻有着里程牌式的意義。因為在整個驗證過程中需要進行多台發動機並聯點火、空中懸停等多項關鍵技術驗證,才能實現一公里的飛行並返回。

除了RLV-T5型火箭,翎客航天目前已啟動亞軌道可回收火箭(工程代號RLV-T6型)的研製工作,預計最快於2019年年底完成全箭總裝工作並公開亮相。亞軌道可回收火箭面向科研、軍用、商用領域提供靈活可靠的發射服務,可將傳統的亞軌道固體探空火箭發射成本降低至五分之一以下,未來火箭回收技術成熟後,還將進一步開拓太空旅遊等新興市場需求。

中美太空差距日漸縮小

中美兩國之間的太空探索差距在日漸縮小,雖然美國目前和不少國家都有太空合作項目,但是中美兩國的太空合作卻遲遲未能開展。

美國國家安全戰略將中國界定為「修正主義者」,很多人都在炒作中美對抗,不少人認為中國會通過合作來竊取美國的太空技術,以提高本國的能力,在此論調下,美國即曾於2011年選擇立法禁止NASA和中國合作。自從美國總統特朗普簽署太空新指令,誓言重返月球后,太空競賽再成熱門話題。但實際上NASA的預算並未得到明顯增加,長遠而言,若資金水平不變,那麼美國所稱的重返月球則只能是一句空話。

在中國空間站取代國際空間站後,是否「放下身段」尋求與中國的合作,成為保守的NASA面臨的一個難題。而「獵鷹重型」火箭的成功發射,中國在可回收火箭領域的發力為未來的外太空博弈亦提供了更多想像空間。實際上,哪怕是在冷戰時期,美國都並末完全禁止和蘇聯的合作。太空很大,完全容得下中美。