深藍航天“星雲-M”試驗箭完成公裡級VTVL垂直回收飛行試驗

2022年5月6日，深藍航天自主研發的“星雲-M”試驗箭完成了1公裡垂直起飛及降落飛行試驗，此次飛行任務的完成宣告了深藍航天在中國可回收複用火箭曆史上又攀登上了新的高度，離成功實作入軌及回收又邁進了堅實一步。

視訊：“星雲-M”公裡級VTVL垂直回收飛行試驗

這一次試驗距上一次百米級VTVL垂直回收飛行試驗僅過去了半年時間，為何商業火箭公司深藍航天如此專注實作中國運載火箭可回收複用的目标？

在這個商業航天迅猛發展的時代，遙望大洋彼岸所向披靡的SpaceX，再仰望頭頂深藍色的無盡天空，表面風平浪靜實則暗流湧動。大航天時代空間資源的搶奪、火箭作為空間往返運輸工具的先進性和火箭商業用途多元場景的需求，可回收複用火箭的必要性與緊迫性可見一斑。

圖示：“星雲-M”公裡級VTVL垂直回收飛行試驗

1

現狀：

中國商業航天迫切需要

可重複運載火箭

2021年12月3日，中國常駐維也納聯合國和其他國際組織代表團向聯合國秘書長緻以普通照會，通報了美國太空探索技術公司（SpaceX公司）發射的星鍊衛星于2021年先後兩次接近中國空間站，對中國空間站的安全運作以及中國航天員的生命健康構成嚴重威脅。出于安全考慮，中國空間站分别于7月1日和10月21日實施對美國星鍊衛星的預防性碰撞規避控制（“緊急避碰”）。

圖示：SpaceX已經部署完成的第一期星鍊計劃：1584顆星鍊衛星被放置在72個軌道平面中，每個軌道平面由22顆衛星組成（圖源：Lamid58）

馬斯克設想的星鍊星座計劃十分瘋狂，他将會在一期部署1.2萬顆、每顆重約300公斤的星鍊衛星，遠期甚至還要達到4.2萬顆——星鍊計劃的意義不僅在于實作太空網際網路通信，更是提前搶占了僅存的近地軌道資源。反觀中國，我們目前還沒有能力規劃如此龐大的衛星星座，更不必說發射組網了。

圖示：發射前星鍊衛星（圖源網絡）

國内未來的商業火箭，都面對着發射頻率提高和發射成本降低的需要。商業可回收複用火箭，在全球都具有可預見的巨大需求，這就是深藍航天全力以赴的唯一目标。

圖示：“星雲-M”公裡級VTVL垂直回收飛行試驗

為了實作這一目标，深藍航天在這一方向全力以赴，已經連續三次成功完成了十米級、百米級和公裡級可回收試驗， 這是國内目前運載火箭領域唯一有工程意義的VTVL垂直回收飛行試驗，使深藍航天成為目前全球除美國以外研發回收複用火箭速度最快的中國商業航天公司。

2

破局：

降低火箭發射成本成為關鍵

圖示：“星雲-M”公裡級VTVL垂直回收飛行試驗

隻有降低成本，才能更遊刃有餘地實作成千上萬顆“星鍊”衛星的組網任務，未來大型衛星星座的發射需求與可回收火箭的運載能力是相輔相成的。

2017年3月31日，SpaceX使用一枚二手獵鷹9号運載火箭成功發射了一顆盧森堡的商業通信衛星。本次任務是人類航天史上的一個裡程碑——第一次使用同一枚火箭兩度執行發射任務。

掌握這一技術後SpaceX勢如破竹，截至2022年5月初，SpaceX已經成功進行了118次火箭着陸，并接連打破自己創造的回收記錄：B1051号助推器在2022年3月19日成功發射48顆星鍊衛星并傳回，成為首枚被回收12次的火箭助推器。B1060号助推器保持了最快周轉時間的記錄，在2022年4月8成功發射奮進号載人飛船Axiom-1任務後，于短短21天後的2021年4月29日再度上天，并成功發射53顆星鍊衛星。

圖示：左：剛剛起飛的獵鷹9号

右：正在着陸中的獵鷹9号一級助推器

（圖源網絡）

可回收複用帶來的經濟效益是驚人的。SpaceX目前已經可以做到火箭一級助推器和整流罩的回收複用，據馬斯克本人的說法，全箭複用比例達到了80%。這相當于在發射時隻需支出火箭一級維護、火箭二級制造以及燃料的成本。

SpaceX并未公開其回收技術的具體成本細節。但2020年4月美國消費者新聞與商業頻道（CNBC）報道稱美國空軍某航天任務的預算為9500萬美元，而SpaceX執行官克裡斯托弗·庫魯裡斯對此表示，發射任務隻需要2800萬美元。據此我們可以推算可回收火箭将航天發射成本足足降低了至少70%。這一數值對航天界帶來的沖擊是巨大的。俄羅斯航天局局長羅戈津在2020年4月表示，他們不得不将俄羅斯火箭的商業發射報價降低30%，以應對SpaceX“價格傾銷”的沖擊。

圖示：SpaceX與深藍航天公裡級VTVL垂直回收飛行試驗對比圖

反觀深藍航天的本次飛行測試，從十米級、百米級直到本次的公裡級VTVL垂直回收飛行試驗，使用的均是“星雲-M”同一枚試驗箭，初步驗證了火箭回收複用技術，并摸索出一條具有深藍航天特色的液體火箭研制全要素流程。這為飛行試驗帶來的成本降低已經十分可觀：在全箭垂直回收技術應用的前提下，再次執行飛行任務的成本僅為箭體生産制造成本的約1%，其中包括一些損耗件的更換、全箭的測試維護費用、推進劑費用等。

那麼，為了實作火箭回收複用以降低成本，技術難點是什麼？總結來看，應當實作兩個核心技術突破，才可能做到火箭的可回收複用，一是可以在較大範圍内靈活調節推力的發動機技術，二是傳回着陸的橫向制導控制技術。而本次深藍航天公裡級VTVL垂直回收飛行試驗的成功，标志着深藍航天已經初步掌握了這兩個核心技術。

3

勝出：

推力可調節發動機

與橫向制導控制技術

在2012-2013年間，SpaceX為了突破火箭回收複用技術特别設計了“Grasshopper”（蚱蜢）這一款小火箭，主要目标是驗證配備的“梅林-1D”發動機的推力調節性能，以及火箭橫向制導技術。

圖示：SpaceX “蚱蜢”火箭325米VTVL垂直回收試驗（圖源網絡）

如下圖所示，Grasshopper總共進行了8次飛行測試。在2012年9月21日的第1次測試中，Grasshopper僅僅跳起了1.8米，同年11月1日的第2次測試跳起5.4米。半年後2013年3月7日的第4次測試跳起了80米，在2013年10月下旬的第8次測試跳起最高高度達到了774米。這8次試驗為SpaceX積累了大量寶貴的資料與經驗。

值得注意的是，深藍航天“星雲-M”試驗箭的飛行測試與Grasshopper的飛行測試目标極為接近，甚至表現得更加出色。

在2021年7月的首飛便漂亮地完成十米級飛行試驗，短短三個月後的10月13日飛起103.2米，而在10個月後的今天，“星雲-M”試驗箭最大飛行高度近1公裡，深藍航天以不到一年内的三次飛行任務，達到了SpaceX在一年多時間裡總計八次任務才達到的技術水準，進度令人驚喜。

圖示：深藍航天與SpaceX技術突破曆程對比圖

從深藍航天的角度看，相比百米級VTVL垂直回收飛行試驗，公裡級VTVL垂直回收飛行試驗時發動機的單次點火工作時間與入軌火箭單級發動機的工作時間相當，且與地面試車狀态不同，此次是在真實飛行環境中去考核發動機大範圍變推和長程工作的穩定性，這在工程研制中更具有真實性和實際考核意義。

SpaceX的“梅林-1D”發動機在前期試驗可以實作70%-100%的推力調節範圍，而深藍航天的“星雲-M”試驗箭所使用的“雷霆-5”泵壓式液氧煤油發動機通過調節氧化劑和燃料泵轉速可實作50%-100%推力調節。此外，雷霆系列發動機使用和“梅林-1D”發動機相同的針栓式噴注器技術，具有獨特的回收技術優勢，可以在調節推力的過程中抑制不穩定燃燒，減少振動，以實作平穩的推力調節功能。

圖示：深藍航天與SpaceX技術突破曆程對比圖

還值得注意的一點是深藍航天在本次公裡級VTVL垂直回收飛行試驗中成功驗證了橫向制導算法。在垂直起飛——垂直着陸的飛行過程中，加入橫向制導算法，預先裝訂目标點坐标，通過箭上計算機進行計算和規劃，發出橫向制導指令，導引火箭向目标坐标進行橫移，開展火箭異地返場回收技術驗證，為以後入軌火箭的異地返場回收複用甚至洲際旅行等進行先期技術驗證。

圖示：“星雲-M”公裡級VTVL垂直回收飛行試驗

此次公裡級VTVL垂直回收飛行試驗中，飛行速度達到0.2Ma，飛行高度近1公裡，這是目前國内開展的飛行高度最高，飛行速度最快，飛行時間最長的垂直回收飛行試驗。

通過此次飛行試驗，進一步驗證了火箭垂直回收過程中的箭體空氣動力學問題、以及長時間的力熱及振動環境适應性、發動機長時間和大範圍的變推工作能力、可重複使用箭體結構及着陸緩沖裝置、橫向制導及姿态控制能力等關鍵核心技術，為後續開展10公裡級垂直回收和入軌級回收打下了堅實基礎。

4

遠景：

全力奔赴可回收複用的

火箭入軌之路

Space X在這八次飛行試驗後又設計了更大尺寸的“獵鷹9号R”測試版本火箭，進行更大規模的公裡級VTVL懸停與着陸測試，并先後在2015年12月21日、2016年4月8日成功實作獵鷹9号芯一級在陸地與海上駁船的回收降落，此時距離“蚱蜢”火箭躍起1.8米，隻過去了三年多時間。SpaceX以一個個驚天雷般的成就打破了火箭不能垂直回收使用的局限，SpaceX的估值從9.7億美金，指數增長到了120億美金，實作了12倍的增長。

圖示：深藍航天與SpaceX的發展曆程對比圖（2015年12月21日實作首次入軌回收）

深藍航天本次公裡級VTVL垂直回收試驗飛行的完成，也宣告了低空回收階段畫上了圓滿的句号，“星雲-M”試驗火箭圓滿完成了其曆史使命。

下一階段，深藍航天将采用與入軌火箭完全相同的全尺寸試驗火箭，繼續進行高空回收試驗階段（類似于SpaceX第二階段采用全尺寸樣機“獵鷹9号R”進行回收測試），向着10km、100km的高度快速突破邁進，最終實作入軌火箭一子級的可控回收和重複使用。深藍航天目前的技術水準相當于SpaceX在2014年初的水準。若一切能夠按照規劃進行，深藍航天将會在2024年年底之前完成“星雲-1”運載火箭的第一次入軌發射-回收任務，正式拉開中國可回收運載火箭商業化運作的大幕。

圖示：“星雲-M”箭回收完成後試驗隊合影

深藍航天CEO霍亮表示：深藍航天的使命即實作中國運載火箭的可回收複用，大幅度降低每公斤載荷的入軌成本，成為太空運輸産業的有力推動者。通過本次的公裡級VTVL垂直回收飛行試驗，深藍向這個目标又邁出了重要的一步。