在2023年中關(guān)村論壇展覽現(xiàn)場(chǎng)，航天科技區(qū)域展出了可重復(fù)使用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)等諸多新成果。 　　本報(bào)記者 賀 勇攝

　　日前，中國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心運(yùn)用長(zhǎng)征二號(hào)F運(yùn)載火箭，成功發(fā)射一型可重復(fù)使用的試驗(yàn)航天器。試驗(yàn)航天器將在軌運(yùn)行一段時(shí)間后，返回國(guó)內(nèi)預(yù)定著陸場(chǎng)，其間將按計(jì)劃開(kāi)展可重復(fù)使用技術(shù)驗(yàn)證及空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，為和平利用太空提供技術(shù)支撐。

　　航天器的可重復(fù)使用技術(shù)是國(guó)際航天領(lǐng)域的焦點(diǎn)之一，也是中國(guó)建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)的重要一步。作為前沿航天技術(shù)，可重復(fù)使用航天器不僅可以“降本增效”，而且有望讓太空旅游成為可能。

　　

　　技術(shù)研究有突破

　　可重復(fù)使用航天器是指可以重復(fù)使用、能夠迅速穿越大氣層、自由往返于地球表面與太空之間、運(yùn)送乘員和有效載荷的航天器，也可以指較長(zhǎng)時(shí)間在軌停留和機(jī)動(dòng)、完成各種任務(wù)的航天器，包括載人飛船、貨運(yùn)飛船、推進(jìn)飛行器、行星著陸器、航天飛機(jī)等。

　　2023年12月14日，中國(guó)成功發(fā)射一型可重復(fù)使用的試驗(yàn)航天器。在此之前，中國(guó)曾分別于2020年9月4日和2022年8月5日發(fā)射過(guò)可重復(fù)使用航天器。其中，2022年發(fā)射的可重復(fù)使用航天器，在軌飛行276天后成功返回地球，標(biāo)志著中國(guó)可重復(fù)使用航天器技術(shù)研究取得重要突破，后續(xù)可為和平利用太空提供更加便捷、廉價(jià)的往返方式。

　　中國(guó)載人航天工程辦公室主任郝淳此前表示，為進(jìn)一步提升工程的綜合能力和技術(shù)水平，中國(guó)將研制新一代載人運(yùn)載火箭和新一代載人飛船。其中，新一代載人運(yùn)載火箭和新一代載人飛船的返回艙都可以實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用。

　　去年底，美國(guó)X-37B“軌道實(shí)驗(yàn)飛行器”搭乘“重型獵鷹”運(yùn)載火箭成功進(jìn)入太空，執(zhí)行第七次飛行任務(wù)。X-37B飛行器于2010年首飛，由美國(guó)波音公司制造，長(zhǎng)約9米，翼幅約4.6米，外形類(lèi)似航天飛機(jī)，但體積只有航天飛機(jī)的1/4，部分供電來(lái)自太陽(yáng)能。這種飛行器配備自動(dòng)著陸系統(tǒng)，由火箭送入太空，返回時(shí)像飛機(jī)那樣在跑道上滑行降落，可重復(fù)使用，但不載人。該飛行器能夠執(zhí)行通信中繼、地面觀測(cè)等任務(wù)，具有廣泛的軍事和民事用途。

　　解決成本和產(chǎn)能問(wèn)題

　　可重復(fù)使用也是運(yùn)載火箭發(fā)展的必經(jīng)之路，將成為人類(lèi)大規(guī)模進(jìn)出空間的重要途徑。近年來(lái)，中國(guó)在一次性運(yùn)載火箭的技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)展可重復(fù)使用運(yùn)載火箭的相關(guān)技術(shù)攻關(guān)，取得了積極進(jìn)展。

　　2021年7月16日，由中國(guó)航天科技集團(tuán)一院研制的亞軌道重復(fù)使用演示驗(yàn)證項(xiàng)目運(yùn)載器在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功首飛。2022年8月26日，由中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院自主研制的升力式亞軌道運(yùn)載器重復(fù)使用飛行試驗(yàn)獲得成功。

　　亞軌道重復(fù)使用運(yùn)載器可作為升力式火箭動(dòng)力重復(fù)使用航天運(yùn)輸系統(tǒng)的子級(jí)，是航天航空技術(shù)的高度融合體。這些成功的飛行試驗(yàn)，有力推動(dòng)了中國(guó)航天運(yùn)輸技術(shù)由一次性使用向重復(fù)使用的跨越式發(fā)展，為重復(fù)使用天地往返航天運(yùn)輸技術(shù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　一次性運(yùn)載火箭長(zhǎng)期是人類(lèi)進(jìn)入空間的主要運(yùn)輸方式，為什么要發(fā)展可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭？中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)航天科技集團(tuán)科技委主任包為民指出，隨著進(jìn)出空間規(guī)模需求的快速增長(zhǎng)，一次性運(yùn)載火箭在發(fā)射成本、履約周期和產(chǎn)能需求等方面均面臨巨大挑戰(zhàn)，發(fā)展可重復(fù)使用運(yùn)載火箭能夠很好地解決以上問(wèn)題。

　　包為民說(shuō)，綜合來(lái)看，可重復(fù)使用運(yùn)載火箭在發(fā)射成本和發(fā)射頻次上相比一次性使用運(yùn)載火箭具有明顯優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)1小時(shí)全球抵達(dá)、天地往返運(yùn)輸?shù)却笠?guī)模、低成本進(jìn)出空間運(yùn)輸系統(tǒng)的重要途徑。

　　形成多種技術(shù)方案

　　早在20世紀(jì)五六十年代，人類(lèi)就已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)重復(fù)使用航天運(yùn)輸系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的探索。經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，主要航天大國(guó)和地區(qū)已擁有不同程度的重復(fù)使用技術(shù)儲(chǔ)備，形成了多種典型的重復(fù)使用運(yùn)載器方案。其中，根據(jù)入軌級(jí)數(shù)，可分為多級(jí)入軌方案和單級(jí)入軌方案；根據(jù)起降方式，可分為垂直起降方案、垂直起飛水平著陸方案、水平起降方案；根據(jù)回收方式，可分為部分重復(fù)使用方案和完全重復(fù)使用方案等。

　　目前，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，是首選的推進(jìn)方式，而組合動(dòng)力則是未來(lái)重要的發(fā)展方向?；鸺齽?dòng)力兩級(jí)入軌重復(fù)使用航天運(yùn)輸系統(tǒng)的一級(jí)，是國(guó)內(nèi)外重復(fù)使用技術(shù)關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　美國(guó)太空探索技術(shù)公司的“獵鷹9號(hào)”就是可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭，其利用重復(fù)使用帶來(lái)的低成本優(yōu)勢(shì)，在全球商業(yè)航天發(fā)射市場(chǎng)發(fā)展迅速。過(guò)去1年，“獵鷹9號(hào)”發(fā)射30余次。近日，“獵鷹9號(hào)”火箭攜“龍”飛船，將美國(guó)私營(yíng)企業(yè)公理航天公司組織的“私人”宇航團(tuán)隊(duì)送往國(guó)際空間站。

　　在民營(yíng)航天領(lǐng)域，中國(guó)航天企業(yè)近年來(lái)也相繼開(kāi)發(fā)可重復(fù)使用的運(yùn)載器。近日，中國(guó)航天科工航天三江所屬火箭公司自主研發(fā)的快舟火箭可重復(fù)使用技術(shù)試驗(yàn)箭順利完成垂直起降試驗(yàn)，為快舟系列可重復(fù)使用液氧甲烷運(yùn)載火箭的研制奠定了基礎(chǔ)。不久前，朱雀三號(hào)可重復(fù)使用火箭垂直返回技術(shù)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心完成首次飛行試驗(yàn)，該火箭是中國(guó)首款不銹鋼液體運(yùn)載火箭，以液氧甲烷為燃料。朱雀三號(hào)箭體直徑4.5米，一子級(jí)設(shè)計(jì)復(fù)用次數(shù)不少于20次，具備一箭多星、平板堆疊衛(wèi)星集群發(fā)射的能力。朱雀三號(hào)貯箱結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度不銹鋼材料，發(fā)射成本相較一次性使用火箭可降低80%至90%。

　　可重復(fù)使用航天器具有低成本、高可靠性的技術(shù)特征，能滿(mǎn)足未來(lái)廉價(jià)、自由進(jìn)出空間的發(fā)展需求。除了向空間站等系統(tǒng)補(bǔ)充人員和物資之外，可重復(fù)使用航天器還可以搭載乘客，以更低的成本實(shí)現(xiàn)更高效的太空旅行。

　　未來(lái)，在太空旅行過(guò)程中，可重復(fù)使用運(yùn)載器動(dòng)力系統(tǒng)沿用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，起飛階段就像火箭發(fā)射一樣，爬升到距地球約100多公里的亞軌道上，停留約10分鐘后，再依靠慣性像飛機(jī)一樣返回地球，水平著陸。整個(gè)過(guò)程大約30分鐘，全程都按照預(yù)定程序，全自動(dòng)飛行。游客不用穿宇航服，甚至可以帶手機(jī)拍照發(fā)朋友圈，像航天員一樣在艙內(nèi)飄來(lái)飄去，透過(guò)窗戶(hù)從太空眺望地球。由于運(yùn)載器本身有糾錯(cuò)功能，即使指令有誤，也能返回正確軌道。因此，游客還有機(jī)會(huì)體驗(yàn)太空駕駛的樂(lè)趣。

　　可重復(fù)使用、高可靠性和高安全性是未來(lái)航天器的重要發(fā)展方向。當(dāng)前，在可重復(fù)使用的航天器發(fā)展方面還存在許多挑戰(zhàn)，如航天器在重返大氣層時(shí)需要先進(jìn)的隔熱保護(hù)，也需要堅(jiān)固可靠的著陸系統(tǒng)和可靠高效的推進(jìn)系統(tǒng)。同時(shí)，維持航天器在軌期間的電力來(lái)源也需要先進(jìn)的太陽(yáng)能電池板或其他能夠在太空中可靠運(yùn)行的發(fā)電系統(tǒng)等。

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