中國或已開始火箭回收技術(shù)預(yù)研 材料仍是薄弱點(diǎn)

近日，美國太空探索技術(shù)公司SpaceX的“獵鷹-9”運(yùn)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(yùn)載火箭的重復(fù)使用奠定了基礎(chǔ)。專家表示，重復(fù)使用將是未來運(yùn)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(jià)值。中國也在進(jìn)行重復(fù)使用運(yùn)載火箭的技術(shù)論證和研究工作，但這對(duì)中國航天工業(yè)將是一個(gè)新的考驗(yàn)。

中國或已有規(guī)劃方案

一名中國專家24日對(duì)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹，目前運(yùn)載火箭有兩大發(fā)展趨勢，一個(gè)是重型運(yùn)載 火箭，一個(gè)就是可重復(fù)使用運(yùn)載火箭，因?yàn)橐坏┛梢曰厥詹⒅貜?fù)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(jí)火箭，可以節(jié)約成本的80%，而如果能重復(fù)利用二級(jí)火箭則能節(jié)約98%，因?yàn)槿剂系某杀净�本上可以忽略不�?jì)。

有資料顯示，火箭的硬件占全部飛行成本絕大部分，推進(jìn)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(bào)價(jià)中，燃料成本只有大約20萬美元。即使使用的是相對(duì)昂貴的偏二甲肼/四氧化二 氮的長征-2F運(yùn)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(gè)制造火箭的成本中所占比重非常小。

專家認(rèn)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(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行預(yù)研。對(duì)于中國是否有這方面的計(jì)劃與預(yù)研，這名專家表示“不方便透露”，但他強(qiáng)調(diào)，中國一直在關(guān)注全球航天領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的最新趨勢。

《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者查閱了航天科技集團(tuán)公司網(wǎng)站2013年4月刊登的一篇原載于《中國航天報(bào)》的文章稱，全國政協(xié)委員、航天一院黨委書記梁小虹在當(dāng)年全國兩會(huì)上透露，我國相關(guān)部門正在抓緊論證和規(guī)劃火箭重復(fù)使用，“計(jì)劃未來一段時(shí)間內(nèi)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(tuán)公司相關(guān)單位已經(jīng) 組織力量對(duì)火箭可重復(fù)使用技術(shù)進(jìn)行專門研究，在兩級(jí)入軌系統(tǒng)、助推器選擇、重復(fù)使用、安全回收等方面都有所考慮。“目前，我國已經(jīng)在某些單項(xiàng)技術(shù)上取得一 些可喜成果，尤其是在火箭推進(jìn)系統(tǒng)和回收技術(shù)方面，已經(jīng)在地面上通過一些試驗(yàn)并得到驗(yàn)證。”這篇報(bào)道稱，龍樂豪表示，目前我國火箭可重復(fù)使用技術(shù)仍然處于 探索階段，尚未實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。倘若國家高度重視，在3-5年內(nèi)可實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。同時(shí)，我國的火箭可重復(fù)使用技術(shù)研究或?qū)⒔�立在垂直升降技術(shù)基礎(chǔ)上。據(jù)梁小 虹介紹：“可重復(fù)使用火箭先是助推器，然后是一、二子級(jí)實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，之后是整個(gè)火箭實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用。”

是機(jī)遇更是挑戰(zhàn)

專家表示，總體上看，世界各國在重復(fù)使用運(yùn)載火箭方面的研制仍處于起步階段，這對(duì) 于中國航天來說無疑是一個(gè)機(jī)遇，同時(shí)也是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。從垂直回收技術(shù)上來看，在回收過程中要通過火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在推力和方向上的不斷調(diào)節(jié)和調(diào)整來進(jìn)行精確 控制。這就需要運(yùn)載火箭的推力有大范圍的推力調(diào)節(jié)能力，這對(duì)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(dòng)機(jī)垂直降落的姿態(tài)控制、支撐結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)等一系列難題。更重要的是，回收系統(tǒng)不僅要能夠?qū)崿F(xiàn)基本功能，還要達(dá)到相當(dāng)高的可靠性。另外，其重量、體積必須最小化。否則，它對(duì)于火箭來說是一個(gè) 巨大的“累贅”。SpaceX公司CEO馬斯克曾透露：“與傳統(tǒng)一次性運(yùn)載火箭相比，完全可重復(fù)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(fù)使用的第一步。火箭的重復(fù)使用對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件的性能和 壽命提出了更高要求。目前火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)壽命、試車時(shí)間都是以秒為單位計(jì)算。對(duì)于一次性使用的火箭來說，保證材料和相關(guān)設(shè)計(jì)在短時(shí)間能頂?shù)米∈且粋�(gè)問 題，而確保長壽命使用又是另外一個(gè)問題。美國航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室壓強(qiáng)高達(dá)207個(gè)大氣壓，燃燒室的工作溫度約為3300度（目前最先進(jìn)的渦扇發(fā)動(dòng) 機(jī)渦輪前溫度不到1700度），其一個(gè)小小的渦輪泵的功率就是目前最先進(jìn)主戰(zhàn)坦克發(fā)動(dòng)機(jī)功率的數(shù)十倍。讓這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)順利工作一次就已經(jīng)非常困難，而要重 復(fù)使用多次，那么對(duì)材料和工藝的要求將上一個(gè)巨大的臺(tái)階。

一名不愿透露姓名的中國軍事專家表示，重復(fù)使用的火箭對(duì)基礎(chǔ)工業(yè)和材料工業(yè)的要求將達(dá)到一個(gè)空前高度，而這正是中國航天業(yè)的薄弱點(diǎn)。

或成美加速太空軍事化工具

運(yùn)載火箭的重復(fù)使用，意味著商業(yè)發(fā)射費(fèi)用大大降低，普通人擁抱太空也不再是夢想。同時(shí)，軍用航天的一些設(shè)想也將得以實(shí)現(xiàn)。

美國空軍2003年11月出版的“美國空軍變革飛行計(jì)劃”報(bào)告中，在其未來天基武 器藍(lán)圖中引用了“極高速桿束”概念，該報(bào)告提到的用于打擊地面目標(biāo)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(gè)平臺(tái)裝載10根左右的鎢棒，加之結(jié)構(gòu)重量，將達(dá)到100多噸，相當(dāng)于一個(gè)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(jì)上是目前任何國家都不能承受的。美國《大眾科學(xué)》網(wǎng)站2004年的一篇文章 就認(rèn)為，如果所謂的“上帝之杖”想要實(shí)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(yuǎn)比現(xiàn)有火箭發(fā)射技術(shù)更為廉價(jià)的火箭技術(shù)。而未來，一旦掌握火箭重復(fù)使用技術(shù)，那么類似于“上帝之杖”甚至美國當(dāng)年的“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃的設(shè)想，至少在經(jīng)濟(jì)上是可以承受的了。