我国民营火箭首次低空回收试验成功

中国商用火箭公司柯灵航天公司4月2日宣布，其RLV-T5可回收火箭于3月27日完成了首次低空飞行回收试验。

据报道，在山东省龙口的试验场，火箭在六级强风中飞到20米高，盘旋了近10秒钟，然后垂直降落在着陆点的中心。

说到垂直火箭回收，许多人肯定是第一次想到美国的SpaceX Falcon 9。当然，猎鹰9号不是一夜之间就成功的。自2012年9月以来，SpaceX已多次发射“蚱蜢火箭”进行测试。最初的飞行高度只有2米，一年后达到744米，这验证了猎鹰9号的回收技术。

与“蚱蜢”相比，“RLV-t5”的技术内容是什么？柯灵太空技术总监朱菲菲告诉《每日科学》说，目前的RLV-T5火箭距离蚱蜢火箭还很远。“至少在吨位方面，蚱蜢火箭已经达到了几十吨的数量级。我们只有1.5吨，只有十分之几。”他说。

但是，RLV-T5火箭有其自身的特点，例如，其核心控制算法有一定的创新。朱菲菲说，火箭在回收过程中每秒钟消耗几十公斤的推进剂，其质量随时会发生变化。为了保持稳定性，发动机的矢量推力和喷管的振荡都需要高频计算，大约每秒200次。神经网络控制技术的思想过去主要用于论文写作和研究，但很少用于工程，而柯灵航天公司将其用于火箭。经过多次飞行试验，表明该技术在控制效果、抗干扰能力、参数调整设计、故障处理等方面具有优势。与其他火箭常用的PID控制相比。

如果发动机等硬件更新的迭代需要重新开发，控制算法软件具有较强的适应性。“经过初步模拟和测试，我们已将该算法打包成模块，这些模块将通过未来的持续调整和优化传递给后续模型。”楚菲菲说。

RLV-T5火箭未来的任务是进行千米级回收技术验证。楚菲菲说，从几十米到一公里，技术上的飞跃并不大，因为火箭先*落体，接近地面，然后点火并反向减速。然而，回收真正的运载火箭有许多技术障碍。他说，运载火箭的第一级不会进入轨道，回收难度相当于亚轨道火箭，但它的高度达到几十公里，速度大约是音速的4倍，这远远超出了千米回收试验的范围。由此带来的许多技术还有待克服或验证。

例如，在火箭第一级的*落体阶段，虽然发动机没有点火，但需要使用火箭顶部的栅格舵来实现气动减速和姿态调整。这项技术需要在高空和高速下进行测试。另一个例子是，当发动机下降时，它使喷嘴保持向下的姿态，空气不断地注入喷嘴。为了保证发动机能够按照指令启动，有必要攻克高空超音速点火相关技术。

尽管还有很长的路要走，但柯灵航空航天公司也通过之前的测试获得了一些技术储备。2018年1月，该公司的RLV-T3火箭实现了低空回收和转换。2019年1月，RLV-T5火箭完成了第一次悬停飞行试验，该试验在此后进行了多次并积累了数据。"从RLV-T3到T5，实现了从一台发动机到多台发动机的平行提升."楚菲菲说。

猎鹰9号在第一级有九个发动机，而RLV-T5火箭在“十”构型中使用五个发动机。多台发动机并联会带来一些常见问题，如推力不对称或点火正时不同步，可能导致火箭倾斜。朱菲菲说，之前的悬停测试已经验证了各种恶劣条件。即使四个方向的发动机中有一个关闭了，火箭也可以依靠*发动机的偏转和流量调节来控制平稳着陆。

目前，柯灵航天公司正在为小型可回收运载火箭开发一条新的1号路线，计划在2021年左右进行首次飞行。与RLV-T5火箭相比，新的1号路线将使用更强大的发动机，但它将继承目前的控制算法和发动机布局。

然而，掌握回收技术只是火箭重复使用的前提条件，发动机重复使用的次数以及检查和维护的成本将影响最终成本。记者了解到，从美国航天飞机到猎鹰9号火箭，发动机重复使用指数已经提出。正在进行火箭和航天器再利用研究的中国航天科技集团也在探索相关标准。不过，朱菲菲承认，柯灵的太空飞行没有强调这个问题，下一步探索的模式将不同于传统的模式。

他说，RLV-T5火箭发动机使用液氧和乙醇推进剂，没有积碳问题。它可以多次点火，无需维护。该公司未来的火箭发动机将使用甲烷燃料。与液氧和煤油相比，积碳的问题会好得多。通过简单的维护和清洗，具有一定的再利用能力。“我们不会等到标准最终确定后再采取行动，而是会在一定程度的确定性的前提下冒险探索。例如，每次回收后都会评估火箭的情况，以决定是否继续使用它。SpaceX也是如此。”朱菲菲说，“通过这个逐步积累的过程，发动机运行条件的界限将逐渐变得清晰，我们可以相应地优化过程。”