中国何种重复使用航天器会在世界率先使用

　　最近一个时期中国多种新型航天器相继揭开神秘面纱。继长征7号火箭首飞之后重型火箭长征5号也即将发射升空，借此大好东风航天部门又高调发布了中国研发空天飞机消息，结合不久前披露的降落伞回收火箭方案，中国重复使用航天器的美好前景引起了世人的极大关注。

　　不过从国际航天界发展的现实情况来看，各国在重复使用航天器的发展上似乎都有一个共同点：即设想都是伟大的，但步伐却是谨慎的。比如国外很多年前就提出了空天飞机和单级重复使用火箭计划，但是这些方案仅仅处在技术预研阶断就无限搁置！在可预见的将来一次性火箭仍然是各航天大国主要的运载工具！俄国的安加拉、中国的长征系列、法国的阿里安以及美国的最新登月火箭SLS在各自航天规划中的地位就充分证明了这一点。

　　虽然美国私营太空公司的猎鹰9火箭已实现了部分回收，但是由于其局限性不足以成为世界航天器的发展主流。

　　结合世界航天运载系统的格局，现在就简单分析一下中国重复使用航天器的发展前景，看看哪种重复使用航天器最有可能先于世界投入使用。

　　它能使用涡轮喷气发动机从普通的机场跑道起飞，之后使用冲压发动机和超燃冲压发动机将飞机加速到10M以上并飞至大气层顶端，最后开启小型火箭发动机进入太空并达到入轨速度。这种空天飞机欧美在20世纪八十年代就提出了出来，但是由于技术难度太大而束之高阁。中国现在也将空天飞机方案提出来表明中国至少也和欧美一样有了最终的发展方向，但是其最终实现可能还需要漫长的等待。

　　中国在不久前披露了使用降落伞回收火箭的方案。这项技术使新型团伞将一级火箭整体回收，并在着陆时使用减震气囊降低着陆冲击。航天部门甚至附上了新型伞具成功收火箭模型的图片，这表明这项技术已经接近工程实用阶断，充分展现了中国航天人的创造性。

　　不过具研发单位自己的说明，这个伞落回收火箭还是有一些不足的，比如易受风力影响；由于箭体长稳定性较差等。而且这个降落伞回收火箭方案还有一个很大的局限性：只适合在内陆发射场使用，而无法在濒海发射场回收。因为濒海发射场升空的一级火箭会落到海里，而精密液体火箭发动机不同于固体火箭发动机的空壳结构，落水就会报废。这也就是说：从海南文昌发射场升空的长征7号、长征5号、以及将来巨型登月火箭长征9号都不能使用这种伞降方案回收液体火箭发动机。

　　1990年左右，美国单级垂直起降可重复使用火箭“三解快帆”向世人展现了其美好的前景，一时它也成了各国向往追求的目标。这种新型航天器优点不言自明，但是技术也是非常复杂，比如要有高性能火箭发动机，还要有超轻型箭体材料等。

　　在1994年我提了另外一种思种：将“三角快帆”火箭一分为二，发展一种二级垂直起落型重复使用火箭，我将这种火箭称为“超快帆”，意为二者虽有共同处，但是它却更有“超越之处”：比如技术门槛要低得多；在技术基础相同的情况下有效载荷要大得多；而且可以使载荷类型和外型可以多样化。虽然现在美国诸如猎鹰9火箭也提出了二级垂直回收方案，但是在上个世纪90年代公开媒体中似乎还没有出现“二级垂直起降火箭种”这种概念。

　　当时我曾将这个方案向多个航天部门寄发，包括北航、运载火箭技术研究院、空间技术研究院等，并且我还前往北航宇航学院向教授当面陈述。只是当时中国还没有搞出能重复使用的液氧媒油发动机及航天任务有限等因素，专家说这个方案在中国发展新型航天器过程中可以作为一种参考。

　　后来我对“超快帆”火箭进一步完善，为了和“三角快帆”竞争（准确说是为了挖墙角）又提出了适合美国滨海发射场的海上船驳回收一级火箭方案和澳大利亚内陆回收方案.（如下图）

　　这倒不是为了资助美国，是因为当时几乎所有人都相信美国单级火箭肯定会成功，“三角快帆”一定能上天！ 没想到后来美国单级火箭计划因为不可克服的技术难题夭折了，实在是太意外！现在美国猎鹰9火箭实现了海上平台的回收，但是据介绍其CEO艾龙.马思克先生在2009年才提出使用海上平台进行火箭回收的概念。这至少说明一点：在先进概念的提出上中国人并不比美国人晚！

　　根据航天技术的发展趋势后来我又提出了一种“新箭计划”，即分阶断实施火箭回收：首先回收火箭的发动机部分，再回收火箭的助推级和一级、之后再回收火箭的二级，通过这种分步实施的办法最终实现火箭的完全回收利用。

　　现在根据中国及各国火箭技术的情况看, 以发动机舱回收技术进行火箭回收仍有意义,简言之:就是将火箭的一二级火箭和助推级火箭的发动机舱作为单独的模块进行回收，再结合火箭一二级燃料箱的回收，最终达火箭部件回收的最大化；这种思路再结合中国航天部门正在发展的伞降回收技术将可能会有更好的效果和搭配:从回收环境看本方案可分为陆地回收和海上回收;从回收方式看本案又可分为火箭反推回收和伞降回收,具体如下——

　　一 )陆地回收方案，即火箭的发动机舱和火箭燃料箱都在陆地实现回收，这既适用于一级火箭也可供二级火箭使用；其中根据火箭发动机舱回收方式的不同，陆地回收方案又可分为A,B二种。

　　即火箭发动机舱和燃料箱分别以伞降的方式实现回收。本案中火箭动力舱装备有降落伞,气囊,降摔架等;燃料箱也配备降落伞和气囊;，（下为本案的示意图）

　　从示意图可以了解本案基本运行过程：火箭从酒泉发射场起飞，之后一二级火箭实施分离；分离后的一级火箭向预定区坠落，期间一级火箭动力舱与一级火箭燃料箱再次分离；一级火箭燃料箱打开降落伞在预定点着陆；而一级火箭着陆舱分离后也打开降落伞向预定着陆场接近，在着陆着打开起落架、防摔架、气囊等，最终实现安全着陆。

　　即火箭发动机舱以反推方式完成回收,而燃料箱以降落伞完成回收（参见下面的示意图）

　　从示意图可以了解本案的运行过程：火箭从酒泉起飞，之后一二级火箭分离；一级火箭向预定区坠落，其间一级火箭动力舱和燃料箱再次分离。分离后燃料箱开启降落伞着陆；而动力舱分离后则启动反推发动机、放出起落架在预定着陆场着陆。

　　二）海上回收方案 即火箭动力舱和燃料箱都在海上实施回收.其中根据火箭发动机舱回收方式的不同,本案又分为A,B二种，且火箭的一二级都可以采用本方案。

　　本案中火箭发动机舱采用独特的反扣降落，就是落水前发动机喷出向上并打开降落伞，这样落到海面时发动机将不会浸在水中。动力舱设有火箭发动机、降落伞、展开式浮架、发动机防浪气囊等。燃料箱也有相应的防水措施，比如采用自封式管道阀门，当其落海后可以防止海水侵入燃料箱内部。（下为本案的示意图）

　　由本方案的示意图可以了解其运行过程：火箭从海南文昌发射场起飞，之后一二级火箭分离；一级火箭分离后向预海区坠落，期间一级火箭动力舱与燃料箱分离，其后燃料箱打开降落伞在预定海区落水并由打捞船进行回收；发动机舱落到预定海区上空后，引导伞先行打开使动力舱形成发动机喷口向上的反扣姿态。接着主伞打开进一步降速，同时4-6条浮架展开。落水前浮架上的浮架上的流气多浮筒打开，确保动力舱在落水后倾覆（原理和水蜘蛛的8只足相同）。同时发动机防浪气垫打开防止较高的海浪冲击发动机（此外还有防雨装置可防范暴雨倒灌发动机，原理结构另述）。待火箭动力舱安全落海后附近的打捞船会及时进行回收打捞。

　　二级火箭在分离后将进入轨道投放航天器，之后它也可以采取此种模式进行回收，或者只回收动力舱部分。

　　本案中火箭动力舱在海上船驳的甲板上实施反推降落，而燃料箱则利用降落伞实施海上回收（参见下面的示意图）

　　从本案的示意图可以看出其运行过程：火箭从海南文昌发射场起飞，之后一二级火箭分离；一级火箭燃料箱分离后打开降落伞在预定海区落水回收；一级火箭动力舱则启动反推火箭在预定海区等待的回收船甲板上降落回收。由于动力舱的体积小、高度低、重量轻，因此其回收成功率和风险比整体回收一级火箭要好得多！

　　1）中国航天部门研发的降落伞回收一级火箭的方案最有可能先于美俄欧日等国率先投入使用。因为这个方案实用简单，特别适合中国的内陆发射场使用；

　　2）本人提出并改进的火箭核心回收方案，即多种火箭动力舱回收技术由于适合在滨海发射场使用，因而有可能被从海南发射场起飞的火箭所采用；而且签于美日欧的火箭都是从滨海发射场起飞，因此这种发动机回收方案也有可能这些国家所采用。

　　当然以上分析仅系个人意见，特别是火箭发动机舱回收方案更是个人理论，不代表正确客观，仅供大家参考。