作者 龙乐豪 王国庆 吴胜宝 马婷婷 牟宇（中鼎祚载火箭技能研究院）

泉源 《国际太空》总489期 2019.9

1 媒介

重复利用航天运输体系是可多次来回于地面与空间轨道、多次重复利用的航天运输体系，具有“自由收支空间、按需返回地面、多次可重复利用”的典范特性，是低落航天放射本钱、进步宁静可靠性的抱负运输东西 。

重复利用航天运输体系具有便宜、快速、机动、可靠等特点，是航天运输体系的紧张进展偏向 。

20 世纪 50 ～ 60 年月以来，以美国为代表的航天大国就一向在开展重复利用航天运输体系的观点和技能研究，研发了以航天飞机为代表的一系列重复利用运载器，取得了大量研究结果 。

比年来，X －37B、猎鹰－ 9 火箭的研制乐成以及重复利用，再次鼓动各航天大国研发重复利用航天运输体系的豪情，翻开了人类重复利用航天运输体系进展汗青上的新一页。

对付我国而言，在 50 多年航天运输技能的底子上，研制重复利用航天运输体系，将实现我国航天运输由一次性利用向重复利用的庞大超过，大幅提拔我国收支空间的本领，为有用使用空间提供支持；也将加快航空航天技能的深度融合，动员超高温轻质质料、先辈空天动力等高新技能创新进展。

我国从 20 世纪 80 年月开展小型航天飞机论证以来，一向在开展重复利用航天运输技能的研究 。颠末几十年的研究，渐渐形成了得当我国详细国情的重复利用航天运输体系进展门路，并在进展门路的引导下，相干技能得到快速进展。尤其“十二五”以来，我国在火箭构型重复利用、升力式火箭动力重复利用、组合动力重复利用等三种技能途径上，均取得了紧张技能希望，为后续的工程研制及应用奠基了精良的技能底子。

2 进展门路

进展目的

我国重复利用航天运输体系的进展总目的是形成便宜、快速、宁静、可靠的收支空间运输东西，支持将来大范围使用空间使命的实行，推动空间应用财产快速进展。

技能途径及特点阐发

颠末几十年进展，重复利用航天运输体系形成了火箭构型重复利用、升力式火箭动力重复利用、组合动力重复利用三种典范的技能路径 。

火箭构型重复利用运载器的特点是轴对称构型，利用火箭发动机，通过降落伞、垂直返回等方法接纳。

火箭构型重复利用的技能底子相对较好；垂直返回会丧失运载本领。

升力式火箭动力重复利用运载器的特点是采纳面临称翼身组合体升力式构型，利用火箭发动机，兼具航空器和航天器的特点，可以或许垂直腾飞、程度着陆，具有大空域（0 ～ 200km）、宽速域（马赫数 0 ～ 28）飞行本领。

组合动力重复利用运载器是指基于组合动力发动机（RBCC、TBCC、ATR、Trijet）的运载器，技能特点是组合动力技能难度大，起降机动，高比冲，高服从，顺应大空域飞行。

进展思绪及步调

纵观重复利用航天运输技能的国表里进展情形，并基于对各种技能进展的阐发研判，提出得当我国详细国情的重复利用航天运输体系计谋进展思绪：从部门重复利用到完全重复利用、从火箭动力到组合动力、从两级入轨到单级入轨。

第一阶段，实现火箭动力部门重复利用工程应用，重要依托火箭构型重复利用一级、升力式重复利用运载器一级。这一阶段重要因此办理运载火箭航 / 落区宁静题目、开端实现低本钱绿色航天为目的，以火箭构型重复利用为切入点，推动现有型号更新换代。

第二阶段，实现火箭动力完全重复利用工程应用，重要依托完全重复利用运载火箭、升力式两级重复利用运载器。这一阶段以提拔快速、便宜、宁静收支空间本领，实现航天运输体系完全重复利用和航班化运举动目的，以火箭动力、两级入轨、程度着陆的完全重复利用航天运输体系为进展重点，推动航天运输由一次性利用向重复利用的创新与超过。

第三阶段，组合动力重复利用具备应用本领。

这一阶段以实现不依托放射场的越发便捷、快速、重复收支空间本领为目的，以组合动力、程度腾飞、程度着陆的重复利用航天运输体系为进展重点，推动自由收支空间本领的形成，使我国站在该范畴的天下前线。

基于计谋进展思绪及步调，我国重复利用航天运输体系的进展门路将根据火箭构型重复利用、升力式火箭动力重复利用、组合动力重复利用三条技能途径同步开展研究，梯次形成本领。

3 进展近况

技能底子

我鼎祚载火箭起步于 20 世纪 60 年月，颠末 50多年的进展，我国“长征”（CZ）系列运载火箭型谱比力完备，具备放射低、中、高差别轨道，搭载不重复利用航天运输体系的三条技能途径进展门路图同有用载荷的本领。

现在，我国有长征二号 C、长征二号D、长征二号 F、长征三号 A、长征三号 B、长征三号 C、长征四号 B、长征四号 C等 8型在役运载火箭，有长征五号、长征六号、长 征 七 号、 长 征十一号等 4型新一代运载火箭，有远征一号（YZ － 1）、远征一号 A、远征一号 S、远征二号、远征三号等 5型液体动力上面级火箭。别的，我国正在开展长征九号重型火箭等 5 型运载火箭的研制事情，研制乐成后将进一步加强我国进入空间本领。

4 型新一代运载火箭相继于 2015、2016 年景功首飞，将我国近地轨道运载本领由 8.6t 提拔至 25t，使我国火箭的运载本领进入天下前线；5 型液体动力上面级火箭具备永劫间在轨、多次起动、自主操纵本领，提拔了轨道转移运输、轨道摆设等使命的顺应性。

只管与美国、俄罗斯的火箭放射总次数相比，我国的运载火箭放射总次数仍有很大差距，但比年来我国的火箭放射次数已经和美国、俄罗斯在统一个程度。2018 年，中鼎祚载火箭放射 39 次（此中包罗“长征”37 次），位居天下第一。

“长征”系列火箭是我国进入空间的主体气力，停止 2019 年 6 月 5 日，我国“长征”系列运载火箭放射 306 次，放射乐成率 96%。“长征”系列运载火箭第一个百次放射用时 37 年，年均 2.7 次；第二个百次放射用时 7.5 年，年均 13.3 次；第三个百次放射用时 4.25 年，年均 23.5 次。进入“十二五”以来，“长征”系列火箭高密度放射实现常态化，2016 － 2018 年均匀放射 26.3 次 / 年。

2019 年 4 月 20 日，长征三号甲系列火箭实现 100 次放射，成为我国首个放射次数超百次的火箭 型号。

我鼎祚载火箭技能的进展为航天技能提供了宽阔的舞台，推动了卫星及其应用以及载人航天技能的进展，有力支持了以“载人航天工程”和“月球探测工程”为代表的国度庞大工程的乐成实行，也为我国重复利用航天运输体系的进展奠基了精良的技能底子。

研究希望

（1）火箭构型重复利用

火箭构型重复利用方面，我国已经开展了三方面的研究事情：①对付在役有毒推进剂的运载火箭，无法重复利用。通过伞降、栅格舵等接纳技能，实现火箭助推器、芯一级以及整流罩的落区准确操纵，办理航 / 落区宁静题目，同时为新一代火箭重复利用提供技能支持。②对付新一代运载火箭，重要通过垂直起降技能实现火箭子级宁静接纳，进而重复利用。③开展了液氧 / 甲烷动力重复利用火箭的探究研究。

1）在役火箭子级落区操纵，重要包罗助推器及整流罩伞降接纳和芯一级栅格舵接纳。

助推器及整流罩伞降接纳。在役火箭助推器 /整流罩与火箭分散后惯性飞行，再着落至预定状态时，启动宁静接纳体系，弹出稳健伞和减速伞举行减速，睁开翼伞，通过翼伞操纵助推器 / 整流罩机动飞行，将其扶引至宁静地区降落，缩小落区范畴 80% 以上。

已完成助推器及整流罩伞降接纳方案设计、翼伞体系缩比空投试验。在此底子上，联合长征三号 B 放射使命，搭载助推器伞降测控终端；对伞降接纳体系举行了开端的飞行搭载试验验证；与此同时，搭载长征二号 C 放射使命，开展整流罩姿态丈量试验，马上开展飞行搭载试验，验证要害技能。

芯一级栅格舵接纳。火箭级间分散后，芯一级举行无动力飞行。安置在级间段上的栅格舵按预定指令睁开。随着高度降落，动压增添，箭体姿态进入自稳健阶段，将剩余推进剂举行排放处置惩罚，导航制导操纵体系开始事情，扶引一子级向目的落区飞行，可将落区范畴缩小 80%。已完成栅格舵接纳方案设计，马上开展飞行演示验证试验。

2）新一代在研火箭接纳及重复利用。以在研的某型火箭为例，采纳助推器与芯一级捆绑团体集束垂直接纳、重复利用，芯二级一次性利用的方案。在级间分散后，采纳团体垂直降落的返回方法，实现减速和着陆，包管捆绑火箭团体可控接纳。

依据差别使命需求，助推器与芯一级团体可返回原放射场或其他预定地区。垂直起降技能突破后，可推广应用到其他新一代运载火箭型号。已完成助推器与芯一级捆绑团体集束垂直接纳总体方案设计，泵压式发动机大范畴变推、着陆支持机构、垂直起降高精度操纵等要害技能攻关取得紧张希望。

2018 年，设计搭建可重复利用的小型垂直起降验证平台，开展了垂直起降操纵技能验证，验证了在线轨迹计划、高精度相对导航与制导操纵等技能。

3）液氧 / 甲烷重复利用火箭探究研究。液氧 /甲烷重复利用火箭为两级全液氧 / 甲烷动力的液体火箭，一子级接纳并重复利用，二子级一次利用。一子级接纳方法可采纳伞降接纳或垂直返回。液氧 / 甲烷重复利用火箭已完成总体方案论证、伞降接纳体系缩比投放试验；火箭子级伞降接纳、垂直返回、重复利用箭体布局、重复利用液氧 / 甲烷发动机等要害技能取得紧张希望。

（2）升力式火箭动力重复利用

依据我国重复利用航天运输体系进展门路，在升力式火箭动力重复利用方面，现在我国重要聚焦于升力式火箭动力重复利用运载器一级的研制事情。

升力式火箭动力重复利用运载器一级以重复利用液氧 / 甲烷发动机作为自动力，翼身组合体构型，可以或许多次重复利用，地面垂直腾飞、在机场跑道程度着陆。背驮一次性运载火箭二级形成快速、低本钱入轨本领。重要涉及气动力热、飞行操纵、重复利用布局、重复利用评估等技能困难。

升力式火箭动力重复利用运载器一级已完成以液氧 / 甲烷发动机为代表的要害技能攻关。

（3）组合动力重复利用

组合动力重复利用方面，开展了组合动力两级升力式火箭动力重复利用运载器一级表示图入轨重复利用运载器的方案研究。运载器采纳两级构型，一级以组合轮回发动机作为自动力，程度起降；二级是一次性运载火箭，或升力式火箭动力重复利用运载器。重要涉及总体 / 推进一体化设计、差别动力之间的和谐立室、大范畴进排气、质料 / 布局与热防护等技能困难。

组合动力重复利用已完成组合轮回发动机道理稽核试验，以机体 / 推进一体化为代表的要害技能具备必然的成熟度 。

4 将来瞻望

火箭构型重复利用

在役有毒推进剂运载火箭必要尽快办理航 / 落区宁静题目。在伞降接纳 / 栅格舵接纳技能飞行试验后，固化技能状态，接纳体系产物实现装备化。

对付新一代运载火箭，起首实如今研新型重复利用运载火箭的研制和工程应用，待垂直起降技能成熟后，向其他新一代运载火箭推广应用。针对重复利用的需求，液氧 / 火油发动机需具备重复利用、深度变推本领。远期，重复利用运载火箭必要应用人工智能技能，实现运载火箭妨碍可猜测、体系可智能重构、使命可自主计划、状态可智能诊断，以加强自主性、便捷性和多使命顺应性。

开展两级完全重复利用运载火箭研究，根据新的设计理念、设计准则，贯彻落实重复利用的总要求，进一步提拔运载火箭的重复利用性能指标，低落我国收支空间本钱。

升力式火箭动力重复利用

近期，升力式火箭动力重复利用运载器一级研制乐成，突破气动力热、飞行操纵、重复利用布局、重复利用评估等重要焦点技能，实现便宜、快速、便捷收支空间。

中期，升力式火箭动力两级重复利用运载器研制乐成，具备完全重复利用本领，进一步低落我国收支空间本钱，实现航天运输模式超过进展。

远期，升力式火箭动力两级重复利用运载器投入贸易应用，办事于轨道旅行、洲际职员 / 货品运输等贸易使命，实现航班化运行。

组合动力重复利用

近期，组合动力发动机确定主攻偏向，突破焦点要害技能。

中远期，组合动力两级入轨运载器研制乐成，航天运输体系实现程度起降，运输东西越发多样化、智能化、高可靠、低本钱，收支空间越发便捷和高效。

远期，组合动力单级入轨运载器研制乐成，形成自由收支空间本领。