我国可重复使用航天运载器预计2020年首飞

廉价和方便地进入世界一直是空间技术发展的目标。近年来广受欢迎的美国空间探索技术公司SpaceX，通过回收和再利用猎鹰9号火箭，在降低空间成本方面迈出了一大步。《科技日报》记者近日从中国航天科技集团第一研究院获悉，该院正在联合开发具有国内优势的可重复使用运载火箭，并计划在2020年前后进行首次飞行。其最终目标不仅是将单位有效载荷的运输成本降低到现有一次性运载火箭的十分之一，而且大大缩短了发射准备时间，有望实现像飞机一样的空对地运输。

一等舱“搭载”二等舱，每天可以飞行一次。

第一研究所研发中心办公室主任陈红波在接受《科学技术日报》独家采访时表示，可重复使用运载工具是指能够利用自身动力将人员或有效载荷送入预定轨道并从轨道返回地面的空间运输工具，可以重复使用多次。

根据不同的标准，可重复使用的运载火箭有许多种类。根据再利用比例，可分为部分再利用和完全再利用(如航天飞机、猎鹰9号火箭等)。属于部分再利用，英国正在开发的“小芸铁塔”航天器属于完全再利用)；根据主动力的形式，它分为火箭动力和吸力组合动力。按系列分为单级入轨和多级入轨(一般以两级入轨为主)；根据起降方式，分为垂直起降、垂直起降、水平起降和水平起降。

陈红波说，中国正在开发的可重复使用运载火箭兼具航天器和飞行器的特点。与传统的一次性火箭相比，我国是在现有火箭发动机的基础上，通过技术改进实现其再利用。在2020年左右完成第一次飞行后，它将连续进行几次飞行，以验证其快速重新发射和重复使用的能力。由美国国防高级研究和规划局领导的XS-1(垂直发射和水平着陆模式的实验性太空飞机)也计划在2020年完成飞行测试。可以说，中美两国在可重复使用车辆的研发上“旗鼓相当”。

与猎鹰9号相比，该车的组合和回收方式有所不同。陈红波说，猎鹰9号和传统火箭，每个子级是串联的。飞行器的起飞模式与传统火箭相同，都是垂直发射，但优选方案是将第一级和第二级平行组合，第一级“支持”第二级，第二级机身设有有效载荷舱。在回收时，猎鹰9号一级垂直降落在海上平台或陆地回收区。目前，第二级恢复尚未实现。在完成各自的任务后，可重复使用运载火箭的第一级和第二级将返回着陆点，像飞机一样在跑道上水平着陆。

SpaceX声称猎鹰9号的一级回收将在未来减少80%的太空发射成本。我国可重复使用运载火箭的目标与此相似。陈红波说，这辆车被设计成可以重复使用20多次。最初的目标是将单位有效载荷的运输成本降低到目前水平的五分之一，预计未来将降至十分之一。

除了降低发射成本，航母的发射周期也将大大缩短。《科技日报》的记者了解到，发射传统火箭的准备时间通常需要几个月。即使是以速度快著称的“快艇”系列小型火箭，准备时间也需要一周左右。然而，陈红波透露，该飞行器将在航空领域引入快速探测概念和技术，并力争拥有每天飞行一次的能力。

然而，可重复使用的宇宙飞船的最终目标仍然是一架“太空飞机”，它能像飞机一样水平起飞和降落，并能在一个阶段进入轨道。为了提高其在大气中的飞行效率，需要涡轮发动机、冲压发动机和火箭形成联合动力。《科技日报》记者了解到，中国已经开展了相关研究。不过，陈红波表示，这项技术极其困难，预计还需要15年左右的时间才能取得突破，并具备工程应用能力。但目前火箭动力形式已经相当成熟。

空间站宇航员不必担心“食物短缺”

从外观上看，我国正在研制的可重复使用运载火箭与传统火箭的最大区别在于，其第一级和第二级都有与飞机相同的“机翼”。

陈红波说，为了实现水平着陆的恢复，第一和第二阶段需要飞机的机翼在跑道上水平着陆时提供足够的升力。为此，第一研究所和北京航空航天大学航空航天学院签署了一项协议，在有翼航天器的弹性载荷设计和疲劳载荷谱设计方面开展深入合作。

载荷设计的优缺点将决定技术的进步和运载能力。陈红波说，载荷指的是在执行任务期间施加在飞机上的力。如果载荷设计过于保守，飞机结构将会超重，承载能力将会丧失。过于激进可能导致薄弱的结构框架设计，影响飞行安全。为了满足飞行器重复使用和高频二次发射的要求，有必要引入飞行器载荷设计的技术方法。

中国*第十九次全国代表大会指出:“我们要面向世界科技前沿，加强基础研究，在前瞻性基础研究和领先原创性成果方面取得重大突破。”记者了解到，可重复使用运载火箭技术代表了世界科技前沿，能够推动先进材料、先进制造、控制、气动等学科的基础理论研究和技术创新。同时，其应用前景极其广阔。据报道，中国有望在2030年前完成可重复使用运载火箭的研发和相关飞行试验，届时中国有望成为世界上第一个实现完全可重复使用运载火箭研发的国家。

陈红波表示，该飞行器主要定位在300至500公里的高度，能够满足未来“快速、可靠、廉价”的太空运输需求。例如，它可以承担未来中国空间站的人员和材料运输，满足为军事和民用目的发射有效载荷的需求，以及发展民用产业，如空间旅游。

可以想象，未来生活在空间站的宇航员将不再担心“食物短缺”，更多的人也将有机会看到太空中美丽的风景。

(北京，10月30日，《科技日报》)

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