出品：科普中国

制作：川陀太空（科普创作者）

监制：中国科普博览

日前，国内自主研发的朱雀三号可重复用垂直收购试验箭，在酒泉卫星发射中心完成10公里级垂直起降返回飞行试验，这是自2024年1月，朱雀三号VTVL-1验证火箭成功完成测试后又一个里程碑。

朱雀三号是国内民营运载火箭企业蓝箭航天的商品，是朱雀系列火箭的最新型号。蓝箭航天在2018年开始测试朱雀一号，进步到现在的朱雀三号VTVL-1验证火箭，这标志着国内商业航天在可重复用运载火箭技术上获得重大突破，以后的进步方向是研发出可重复用的高运力低本钱运载火箭。

蓝箭VTVL-1火箭进行十公里高度收购试验的现场图像

（图片来源：蓝箭航天）

蓝箭航天朱雀三号大型可重复用火箭垂直返回技术的VTVL-1试验箭

（图片来源：蓝箭航天）

为何要研发可重复用火箭

可重复用火箭是指可以部分或者全部收购火箭部件，并重复用的发射系统。航天飞机其实就是一种可重复用的发射系统，但它的问题在于没办法低本钱用。

引用美国宇航局艾姆斯研究中心在2018年的会议数据，航天飞机将27.5吨的载荷送入近地轨道，本钱约15亿USD，每公斤约5.45万USD，而商业发射所用的猎鹰9号运载火箭，将22.8吨载荷送入近地轨道，本钱为6200万USD，每公斤约2720USD。显然航天飞机虽然也是可重复用的发射系统，但发射本钱太高，最后也要被淘汰。

航天飞机计划还涉及隔热装置安全性的问题，致使美国宇航局不能不在发射一架航天飞机的时候，再筹备另一架航天飞机也矗立在另一个发射工位上，随时筹备救援，进一步致使发射本钱增加。

两架航天飞机同时矗立发射工位，一架处于待命救援状况，致使航天飞机虽然是可重复用发射系统，但发射本钱极高

（图片来源：NASA）

当下对可重复用火箭的概念愈加重视其低本钱性，换而言之，假如没办法达成低本钱运营，那样可重复用的意义就荡然无存。从运载火箭的角度看，现在妨碍近地轨道大规模开发的瓶颈就是本钱问题，这里的本钱并非火箭发射的总成本，而是依据发射价格和载荷水平折算出的每公斤载荷进入轨道的本钱。

美策略与国际研究中心（CSIS）的数据显示，现在猎鹰重型火箭进入近地轨道的每公斤载荷本钱是1500USD，低于欧洲阿丽亚娜5G运载火箭的9167USD和质子火箭的4320USD。

送入轨道的成本减少了，那样大规模开发近地轨道或者近地轨道商业化的才大概达成，这就是进步现在大家作为航天强国要进步可重复用火箭的目的。譬如现在正在推行的千帆星座计划、鸿鹄星座计划、中国星网的GW星座计划，都需要将上万颗卫星送入近地轨道，国内已经在2020年4月，初次将卫星网络纳入新基建的范畴。

发射本钱的减少，也意味着大家可以将更多的卫星送入轨道，若是大推力可重复运载火箭，那样大家塑造空间站的本钱也会更低，空间站的规模自然也会增加，功能也会得到进一步延伸。

千帆卫星星座已经开始塑造

（图片来源：CCTV）

可重复用火箭的原理是什么？

现在国内研发的可重复用火箭侧重于对第一级助推器的收购，从而达成可重复用，收购的方法就是让助推器完成使命后再垂直降落。要让火箭第一级垂直降落，就需要控制发动机喷射方向，并控制火箭的姿态，在降落过程中，发动机通过向下喷射气流，产生向上的反用途力，逐步控制第一级的下落速度，在距离地面肯定高度时，展开着陆腿，最后达成定点垂直软着陆。

技术方面涉及发动机调节推力，第一级返回时姿态控制的有关技术等，同时还需要研发出可以重复用的火箭发动机。现在可重复用发动机比较理想的动力就是液氧甲烷发动机，国内朱雀二号用的天鹊系列就是全球首枚成功入轨的液氧甲烷发动机，200吨级YF215液氧甲烷发动机也在研发中，这是国内第一款使用全流量分级燃烧循环技术的火箭发动机，有益于国内扩展空间探索。

朱雀二号遥二运载火箭在国内酒泉卫星发射中心发射升空

（图片来源：新华社）

收购第一级助推器对火箭的可重复用意义重大。可重复用发动机的本钱较高，大约可占整个火箭发射本钱的六至七成，主如果由于发动机比较昂贵，猎鹰9号用9台发动机，每台发动机按约200万USD算，第一级助推器的本钱仅发动机一项就要花费约1800万USD，占一次发射6200万USD价格的比重较大。

假如助推器数目较多，譬如达到三个，那样这类助推器对发射本钱的影响就更大了。同时，第一级助推器离别高度还没出大方层，也合适收购，所涉及技术困难程度要远低于第二级发动机的收购。

朱雀三号VTVL-1验证火箭这次试飞，验证的就是垂直返回技术，一子级点火升空后到达了10公里的高度，之所以选择这个高度，是由于10公里有足够的高度可以验证各种各样的扰动，一子级在降低过程中可通过格栅舵、火箭发动机垂直反推和重启，对姿态进行联合控制，这类都是朱雀三号VTVL-1验证火箭要测试的内容。

伴随火箭水平的增加，着陆缓冲系统则是火箭软着陆的重点，缓冲装置将吸收箭体的动能和势能，确保火箭在复杂条件下安全着陆。

朱雀三号VTVL-1火箭有什么特征？

朱雀三号VTVL-1的定位是验证火箭，是以全尺寸发动机构建的工程样机，蓝箭航天计划通过垂直起降收购试验，验证多项重复用火箭的重点技术。

该试验箭为单级液氧甲烷火箭，箭体直径3.35米，长度18.3米，起飞水平约68吨，搭载80吨级天鹊-12改进型液氧甲烷发动机，具备变推力调节和多次点火能力。箭体用高强度不锈钢箭体结构，有4片栅格舵系统，软着陆时，有3组着陆缓冲机构。从外观上可以确定，朱雀三号VTVL-1并不是最后定型的型号，仍然以试验为主，全状况的朱雀三号将在2025年首飞。

国内垂直降落技术展示

（图片来源：新华网）

朱雀三号全状况图像

（图片来源：蓝箭航天）

验证火箭与可实行发射任务的火箭相比，外观上可直观分辨出。验证火箭并没整流罩，结构简单，仅需满足测试所需的硬件条件即可。

全状况的朱雀三号将搭载9台天鹊-12改进型发动机，可将12至21吨的载荷送入近地轨道，在国际上处于领先地位，毕竟现在可以研发可重复用火箭的国家也只有中美，但国内民营航天企业正在研发的可重复用火箭类型多，除去朱雀三号外，还有双曲线三号运载火箭、天龙三号运载火箭等等，形成一种百花齐放的角逐局面，对国内大规模开发近地轨道空间奠定了坚实的基础。

因为可重复用火箭对比的并不是是运载能力，所以评价一款可重复用火箭的能力，并非运载能力越大越好，而是在肯定条件下每公斤载荷进入轨道的本钱，显然这个本钱在不影响运力的状况下越低，则代表这款火箭愈加出色。从这个角度看，朱雀三号，还有天龙三号都有最强的低本钱潜力。

参考文献：

1.最近航天发射本钱大幅减少

2.太空发射至低地球轨道：本钱是多少？

3.星际穿梭：可收购火箭奇幻之旅

4.外媒关注：中国塑造“千帆星座”迈出要紧一步

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