【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 陳藍】

8月26日，新華社報道，由中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術(shù)研究院自主研制的升力式亞軌道運載器重復(fù)使用飛行試驗獲得圓滿成功。

據(jù)悉，飛行試驗采用的運載器，經(jīng)健康檢測維護后，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心再次點火垂直起飛，按照設(shè)定程序完成亞軌道飛行，平穩(wěn)水平著陸于阿拉善右旗機場，成功實現(xiàn)我國亞軌道運載器的首次重復(fù)使用飛行。本次飛行試驗的圓滿成功，有力推動了我國航天運輸技術(shù)由一次性使用向重復(fù)使用的跨越式發(fā)展。

更早些的8月5日，新華社報道，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，運用長征二號F運載火箭，成功發(fā)射一型可重復(fù)使用的試驗航天器，這是長征二號F運載火箭第18次執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。試驗航天器將在軌運行一段時間后，返回國內(nèi)預(yù)定著陸場，其間，將按計劃開展可重復(fù)使用和在軌服務(wù)技術(shù)驗證，為和平利用太空提供技術(shù)支撐。

本月這兩條新聞字?jǐn)?shù)都不多，但包含的信息很豐富，也很重要。

8月26日的發(fā)射是同一個飛行器的第二次試飛。首飛是在去年7月16日，當(dāng)時也有報道。那么這個“升力式亞軌道運載器”到底是什么呢？根據(jù)多方面的公開資料判斷，這個飛行器應(yīng)該是航天科技集團規(guī)劃的的三步走可重復(fù)使用運載系統(tǒng)的第一步——“火箭動力部分重復(fù)使用運載器”的第一級。

圖1：航天科技集團公開的可復(fù)用運載工具三步走線路圖（圖源：航天科技）

這個發(fā)射系統(tǒng)的第一級簡單說就是一架火箭飛機，但它是垂直發(fā)射并能接近或超過100公里高度的卡門線，所以也可以稱為亞軌道航天飛機。而它的第二級則是常規(guī)的一次性火箭。它被捆綁在火箭飛機的側(cè)面一起發(fā)射。當(dāng)?shù)竭_亞軌道彈道頂端時，第二級火箭分離點火，帶著有效載荷飛往預(yù)定軌道。而第一級火箭飛機則再入滑翔返回，在大氣層中進行一定的機動，最后在跑道降落。

圖2：火箭動力部分重復(fù)使用運載器發(fā)射剖面（圖源：航天科技）

這個發(fā)射系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括第一級的亞軌道飛行器和第二級火箭的分離和點火，但主要難點都在前者。復(fù)飛成功，表明航天科技集團已經(jīng)克服了所有難點，完全掌握了大型有翼亞軌道飛行器發(fā)射、再入、自主飛行和返回的相關(guān)技術(shù)，具有重大意義。如果一切順利，下一步就應(yīng)該是兩級的軌道發(fā)射了。

那么8月5日的發(fā)射又是什么呢？它和可重復(fù)使用運載器有關(guān)聯(lián)嗎？我們知道，這次也是我國“可重復(fù)使用試驗航天器”的第二次發(fā)射。它于2020年9月4日首飛，由長征2F火箭送入軌道，2天后成功返回。顯然，它本身不是運載器，而是一架能進行軌道飛行的小型無人航天飛機，就是中國的X-37B。

我們在航天科技三步走的路線圖上看到，第二步和第三步的全復(fù)用運載器的第二級就是一架帶動力的小型航天飛機。目前太空中飛行的中國航天飛機尺寸還比較小，沒有配備入軌所需的動力系統(tǒng)，還不能直接用作運載系統(tǒng)的第二級。但它為實現(xiàn)兩級發(fā)射系統(tǒng)的全復(fù)用奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

那么，我國的可復(fù)用運載器和馬斯克SpaceX的獵鷹九號及星艦相比，哪個技術(shù)更先進、成本更低廉、競爭力更強？必須說，可復(fù)用航天運載系統(tǒng)有不同的技術(shù)途徑，各有優(yōu)劣，在不同的發(fā)展階段，比較結(jié)果也不一樣。而我國除了前面介紹的這個火箭動力兩級部分復(fù)用系統(tǒng)外，幾乎涉足了所有不同的技術(shù)路線。下面按三種起降方式做一個簡單介紹。

垂直起飛、垂直降落方式（可回收火箭）

這是目前最成功、也是成熟的方式，代表作就是SpaceX的獵鷹九號。但獵鷹九號未達到全復(fù)用的目標(biāo)，目前只實現(xiàn)了一級復(fù)用和偶爾的整流罩復(fù)用。其實在SpaceX誕生之前，美國Kistler公司采用傘降加氣囊著落方案的K-1全復(fù)用火箭（1994-2010）已經(jīng)接近成功。

第一枚火箭已經(jīng)制造出來，但資金鏈斷裂斷送了它的前途。SpaceX的星艦將首次實現(xiàn)兩級全復(fù)用。如果輕質(zhì)高強材料和發(fā)動機比沖取得長足進步，單級入軌可復(fù)用火箭在技術(shù)上也是可能的。美國民營公司的Roton全復(fù)用單級火箭（1996-2001）曾做過有益的探索。它的全尺寸大氣試驗機作為雕塑留在了莫哈維沙漠，記錄了這段歷史。

圖3：K-1全復(fù)用火箭（圖源：Rocketplane Kistler）

圖4：Roton單級入軌火箭（圖源：RotaryRocket）

中國最早探索的可復(fù)用火箭也是這個方式的。上世紀(jì)90年代末，中國采用傘降加氣囊的兩級可復(fù)用火箭方案就已經(jīng)出現(xiàn)在論文上。SpaceX獵鷹九號對中國是壓力，也是加速研制的動力。長征八號回收型、長征六號X、民營公司的智神星一號、雙曲線二號和三號目前都在緊鑼密鼓地研制。甚至，在長征九號2022最新版上也看到了星艦的影子。相信用不了幾年，我們將會追上獵鷹九號的水平。

圖5：長征八號回收型（圖源：航天科技）

圖6：雙曲線二號和三號（圖源：星際榮耀）

垂直起降方案的優(yōu)點在于能充分利用現(xiàn)有成熟的火箭技術(shù)。由于垂直受力為主，結(jié)構(gòu)和氣動都能做到最簡最優(yōu)。但它無法利用大氣升力，需要攜帶大量氧化劑，運載效率低下的問題無法根本解決。燃燒大量化石燃料導(dǎo)致的環(huán)保問題是另一個重大缺陷。即使星艦獲得成功，甚至未來實現(xiàn)單級入軌，這些問題依然存在。