声明：除《踢馆》外，讲武堂所刊登文章均为授权转载，目的是提供多样化看问题的视角，不代表堂主完全认同文章观点在2017年的全球航天探索大会上，小火箭有幸目睹了中国可重复使用运载火箭方案首次向全世界公开的场景。在此感谢国际宇航联合会，感谢中国宇航学会。 中国的可重复使用运载火箭的目前方案以两条技术路线为主： 第一：伞降回收； 第二：垂直起降回收。 这两种方案目前均已经对相应的关键技术进行了一定程度的计算分析，并且部分技术已经得到了空中投放试验的飞行验证。 有关降落伞回收的验证试验是做过的。而且历史上有成功应用的案例。比如航天飞机的助推器SRB就是用降落伞回收的。SRB是世界上推力最大的固体火箭发动机，也是人类第一次在载人航天中使用固体助推器。 在上升段，航天飞机的固体火箭助推器分离后，释放导引伞，然后拉出主伞，最后溅落在大洋上。被打捞后的空壳子灌注新的固体推进剂后重新使用，而且同一个壳子可以用五次左右。 但是，传统降落伞回收在今后的可重复使用运载火箭中如果要真正得到应用，还需突破两项关键技术： 第一：伞降着陆地点不确定。这就给回收带来了麻烦。也就是限制了通常只能采用海上回收的方式（避免影响人口稠密地区）。因此需要对伞翼控制以及伞降地点预报预测技术进行攻克； 第二：伞降着陆的火箭，仍然具有一定的冲击速度，会对箭体造成冲击。着陆瞬间的姿态也难以控制。这会给复用的检测和维护带来麻烦。因此需要对伞降着陆的姿态控制和软着陆的详细方案实施攻克。 如果伞降方案使用可控伞翼的话，可以较为精确地控制落点和着陆姿态并成功实现软着陆的话，是可以考虑用在可重复使用的运载火箭上的。 垂直起飞垂直降落的可重复使用运载火箭的方案则与SpaceX公司的猎鹰9号火箭类似。
仿真参数：默林1D发动机，海平面比冲：282秒；真空比冲311秒；第一级发动机上升段工作时间：180秒。 为什么要发展可重复使用运载火箭？ 小火箭以猎鹰9号火箭为例： 问：假如SpaceX公司要实现重复使用2次火箭，可将第2次发射的报价降低20%（打八折）的话，每次回收后的检测、维护保养费用应该控制在多少钱以内？ 小火箭在这里和大家一起计算一下： 第一次发射，全新的火箭，第一级的成本为3534.2万美元，第二级的成本为812.4万美元，给测控的弟兄们1242万美元，利润为621万美元。 报价就是6209.6万美元。 第二次发射，成功回收了第一级，第一级的成本要和第一次发射的摊平，为3534.2万美元的一半（注意，这里不能按0计算，而是要用类似折旧的算法了），也就是1767.1万美元。第二级得新造一个，也就是还是812.4万美元，给测控的弟兄们还得有1242万美元。加上X万美元的检测维修第一级火箭的费用，第二次发射的总成本为（3821.5+X）万美元。 锁定10%利润的话，报价为（3821.5+X）/0.9万美元。 那么，用（3821.5+X）/0.9=80%*6209.6，就可以求出： X=649.4万美元。 也就是说，按照小火箭的估算，如果猎鹰9号可回收火箭只能回收第一级，而且只重复用了1次的话，只要回收后的维护保养费用控制在649.4万美元以内，第二次发射的报价就能打八折。 如果SpaceX公司能够把对第一级火箭的检测维修成本控制在295万美元以内的话，同一枚火箭的第8次发射的报价将会是一次性火箭的一半。如果平均每一枚火箭能够发射3次的话，报价可以变为原报价的63.1%。 发展可重复使用火箭，能够进一步让火箭发射成本降低，这对于我国火箭提升在国际卫星发射市场上的竞争力有着重要的意义。 栅格翼用在如此巨大的火箭上尚无可以借鉴的模型。小火箭需要对栅格翼的气动流场和其受力情况进行建模和仿真计算。 另外，在这次全球航天探索大会上，新型运载火箭长征8号的设计方案也首次公布。 小火箭祝愿中国航天能够以更多的型号、更多的发射数量、更低的发射成本和更高的可靠性来在国际商业卫星发射市场上赢得更多的市场占有率。 |
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