8月19日,朱雀三号遥二运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空,火箭一子级按预定程序成功着陆于甘肃省民勤县朱雀三号着陆场坪。这是我国在重复使用火箭关键技术上取得的又一重大突破,朱雀三号成为我国首款成功入轨并实现陆地回收的运载火箭。

朱雀三号运载火箭是国家航天局批复立项的新一代低成本、大运力、高频次重复使用液氧甲烷运载火箭型号。该火箭箭体材料以不锈钢为主,全部采用液氧甲烷动力。火箭一子级装有栅格舵与着陆支腿,可在完成轨道发射后,实施垂直回收与再利用。

让一枚火箭安全回家有多难?想象一下,从10层高楼扔下一支笔,都很难精准地垂直落地。冲上万米高空的火箭,掉头、返航,再稳稳落地,每一步都是巨大的考验。

朱雀三号火箭回收最后的临门一脚,全靠箭体下方几条看似纤细却蕴含高科技的着陆腿,支撑起它的技术密码是什么?来看记者在制造工厂的探访。

走进位于广汉市的四川航泰航空装备有限公司制造车间,朱雀三号火箭的核心回收装备着陆腿清晰可见,每一组腿都分为主腿与辅腿,分工明确、各司其职,主腿用来扛住落地瞬间上百吨的冲击,而辅腿则是把箭身稳稳地扶住,这也是火箭回收最后一步能不能站稳的关键。

这条展开可达7米多的着陆主腿,是朱雀三号实现安全回收的核心支撑。在火箭发射及飞行阶段,它必须紧贴箭体抵御剧烈的气动与力学环境,而在降落触地瞬间,又要精准解锁展开,吸收上百吨的巨大能量。

四川航泰航空装备有限公司着陆腿技术负责人骆欢介绍道:“我们整个主腿的设计灵感,来源于飞机起落架的缓冲器。目前,我们整个着陆腿,它得承受一个冲击载荷大概是上百吨级的,而咱们民航客机大概也可能就50至60吨。”

将飞机起落架技术搬上运载火箭,最大的难题莫过于对极致轻量化的苛刻要求。传统的钢结构虽强,却会牺牲火箭的有效载荷,为此,研发团队在辅腿及连接部位采用了超高强度的轻型合金材料,将四套着陆腿的总重控制在4吨以内,使它既轻又强。

“这块地方是连接主腿和辅腿的关节部位,着陆瞬间需要承受上百吨载荷,是一个承力部件,我们采用了整体的3D打印的钛合金的设计结构,对于整个主腿重量会比普通钢材的设计重量降低20%至30%。目前,整个着陆腿的可复用次数是20次。”骆欢表示。

可复用也就意味着航班化发射的可能。当火箭能够像飞机一样多次起降往返,更低的成本就成了商业化落地的关键。着陆腿系统目前约占火箭制造总成本的5%左右,是影响重复使用火箭经济性的核心部件之一。随着朱雀三号遥二的回收成功,公司也加快了从单一零部件生产向全产业链服务的跨越,建成了涵盖设计、制造、实验到回收检修的全流程体系。

四川航泰航空装备有限公司总工程师任元武表示:“未来,我们按照每一年准备50发火箭、200条腿的总体产能来布局,每月至少可以生产10至20条腿。预测在产品逐步成熟迭代之后,我们每年能实现营收3亿至5亿元左右。”

能否真正实现重复使用、再次出发,是火箭飞回家后面临的现实考验。此次火箭回收落地之后,将迅速开展拆解探伤与复用检修,为下半年的高频次飞行做足准备。

“我们会配合总体单位,将着陆腿主腿、辅腿从火箭上面拆下来,然后运回生产现场,对辅腿的一些组成零件进行探伤检查,对主腿要进行拆装,检查密封件以及抗冲击的过程中零件有没有受损。另一方面,我们现在正在装配的遥四、遥五、遥六,希望能在下半年尽快实现交付。”任元武表示。

朱雀三号是蓝箭航天自主研制的新一代重复使用液氧甲烷运载火箭,去年首飞实现成功入轨,此次遥二任务进一步实现了一子级成功着陆回收。

在航天发射中,火箭一子级占据了全箭超过70%的制造成本,按朱雀三号可重复使用20次的目标设计,通过一子级回收与多次复用,将直接大幅摊薄单次发射成本。

蓝箭航天供应链管理部总经理王昕岩表示:“受益于中国比较完整的中国制造的工业化体系,我们单件的成本也在从去年遥一开始,循序渐进地往下降,相信5至10年内,可以追平国际上单公斤发射成本的水平。”

当前,我国低轨卫星互联网进入规模化组网阶段,“星多箭少”、运力偏紧成为行业面临的主要瓶颈。专家表示,朱雀三号入轨与回收成功,意味着它将有能力服务于我国大型通信及遥感星座组网、空间站低成本货运等重要商业航天任务需求。

赛迪研究院商业航天研究中心执行副主任杨柯巍表示:“随着大型液体可回收火箭的陆续首飞并进入到市场,在8至20吨近地轨道运力段,形成了较为充足的商业供给,有望缓解低轨卫星互联网建设面临的这种‘星多箭少’、运力偏小的结构性的矛盾,火箭企业竞争重点,将从单次报价转向发射频次、窗口保障能力,以及任务整体解决方案的方向转变。”