中国民营火箭首次低空回收试验成功

　　我国民营火箭首次低空回收试验成功

　　专家解析RLV-T5火箭技术特点

　　本报记者 付毅飞

　　我国商业火箭公司翎客航天4月2日宣称，其研制的RLV-T5可回收火箭，于3月27日完成首次低空飞行回收试验。  

　　据介绍，在位于山东龙口的试验场里，该火箭在六级大风中飞行至20米高，悬停近10秒，之后垂直下降，落在着陆场中心。

　　说起火箭垂直回收，一定有很多人第一时间想到美国SpaceX公司的猎鹰九号。当然，猎鹰九号的成功并非一蹴而就。从2012年9月开始，SpaceX公司多次发射“蚱蜢火箭”开展试验，最初飞行高度仅2米，一年后则达到744米，对猎鹰九号回收技术进行了验证。

　　与“蚱蜢”相比，“RLV-T5”的技术含量如何？翎客航天技术总监楚龙飞向科技日报记者表示，目前的RLV-T5火箭与蚱蜢火箭还差得很远。“至少从吨位上说，蚱蜢火箭达到几十吨量级，我们才1.5吨，仅有它的几十分之一。”他说。

　　但RLV-T5火箭有自己的特点，例如其核心控制算法具备一定创新性。楚龙飞说，火箭在回收过程中，每秒要消耗几十公斤推进剂，质量在随时变化，要想保持稳定，发动机的矢量推力、喷口摆动都需要高频运算，大约每秒要运算200次。神经网络控制技术理念过去大多用于写论文、做研究，很少用于工程，而翎客航天将其用在了火箭上。经过多次飞行试验表明，该技术与其他火箭普遍采用的PID控制相比，在控制效果、抗干扰能力、参数调节设计、故障应对等方面均有优势。

　　如果说发动机等硬件更新迭代需要重新研制，控制算法软件则有更强适应性。“经过前期仿真、测试后，我们已经把这种算法打包成模块，将来通过不断调整优化，将在后续型号上传承。”楚龙飞说。

　　RLV-T5火箭的未来使命，是开展公里级的回收技术验证。楚龙飞表示，从数十米到1公里，技术跨越并不大，因为火箭是先自由下落，接近地面再点火反推减速；但距离真正的运载火箭一子级回收，却隔着多个技术坎。他说，运载火箭的一子级不会入轨，回收难度与亚轨道火箭相当，但其高度达到数十公里，速度也有4倍音速左右，远远超出公里级回收试验范围，由此带来的许多技术尚待攻克或验证。

　　例如火箭一级在自由下落阶段，虽然发动机没有点火，但需要借助其顶部的栅格舵实施气动减速和调姿，这项技术要在高空高速条件下试验。又如发动机下落时一直保持喷管向下的姿态，空气不断灌入喷管，要保证发动机能按指令启动，需要攻克高空超声速点火相关技术。

　　虽然前路漫漫，翎客航天通过此前的试验也取得了一定的技术储备。2018年1月，该公司的RLV-T3火箭实现了低空回收及平移，2019年1月，RLV-T5火箭完成首次悬停飞行试验，此项试验后来又开展多次，积累了数据。“从RLV-T3到T5，实现了从单台发动机到多台发动机并联的提升。”楚龙飞说。

　　猎鹰九号火箭一级有9台发动机，而RLV-T5火箭采用5台发动机呈“十”字布局的构型。多台发动机并联会带来一些共性问题，例如推力不对称或点火时序不同步，火箭就可能歪倒。楚龙飞介绍，此前的悬停试验中验证了各种严酷情况，即使在4个方向上的某一台发动机关闭，依靠中心发动机的偏转、调流，也能控制火箭平稳降落。

　　目前，翎客航天正在开展小型可回收运载火箭新航线一号的研制，计划在2021年前后首飞。相比RLV-T5火箭，新航线一号会采用推力更大的发动机，但将传承目前的控制算法及发动机布局等。

　　不过，掌握回收技术只是火箭重复使用的前提，发动机复用次数、检测维修费用都将影响到最终成本。记者了解到，从美国航天飞机到猎鹰九号火箭，均提出过发动机复用次数指标；正在开展重复使用火箭及航天器研究的中国航天科技集团，也在对相关标准进行探索。而楚龙飞坦陈，翎客航天尚未刻意强调这一问题，下一步将探索的模式，也会跟传统方式不同。

　　他表示，RLV-T5火箭发动机用的是液氧乙醇推进剂，不存在积炭问题，无需维护就能多次点火。该公司未来火箭的发动机将采用甲烷燃料，相比液氧煤油，积碳问题也会好很多，其通过简单维护、清洗，具备一定重复使用能力。“我们不会坐等标准定下来再行动，而会在有一定把握的前提下，冒一些风险进行探索。例如每次回收后评估火箭情况，决定是否继续使用。SpaceX其实也是这样。”楚龙飞说，“通过这种走一步看一步的过程积累数据，发动机工况的界限会逐渐清晰，我们就能据此优化流程。”

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