降本立新 一艘不锈钢火箭的重复飞行

前行之路素来不缺孤勇者。2015年，蓝箭航天的创始人兼CEO张昌武因为一个“不能踩着前人的脚印把老路再走一遍”的念头，一手将蓝箭航天创立起来。从朱雀二号遥二火箭成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭，到朱雀二号遥三运载火箭搭载有效载荷并成功入轨，航天商业化这条路他一走就是近十年。

不是没有范本，无论SpaceX猎鹰9还是重型猎鹰火箭，都已经验证了航天商业化的可行性，其核心就是降成本。如今，张昌武和他实验室里的工程师正在与时间竞速，2025年他们要在“走出实验室的故事”里写下新篇章：朱雀三号实现首飞。

今年1月，朱雀三号可复用火箭首次大型垂直起降飞行试验任务取得圆满成功。

视线不断落在可重复使用

“不能踩着前人的脚印把老路再走一遍，要站在巨人的肩膀迈向高远。”2015年，张昌武带着这样一个信念，开启了他的寻梦之旅。

在近十年的发展中，蓝箭航天的视线不断落在可重复使用火箭上。开端总是艰难的，历经8年时间，2023年7月，朱雀二号遥二火箭成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭。但有了第一步，后面的路就好走多了。2023年12月，朱雀二号遥三运载火箭又搭载有效载荷并成功入轨。

“在我看来，中国商业航天发展有赖于领域内实质性的能力提升和技术突破，对于运载火箭来说，就要能够在原有航天能力的基础上继续探索无人区、填补空白建立领先，并对标世界一流。”张昌武解释道。

今年1月，《北京市加快商业航天创新发展行动方案（2024—2028年）》正式公布，其中提出，力争3年内完成百公里级亚轨道火箭回收飞行验证，5年内实现可重复使用火箭入轨回收复飞，大幅度降低发射成本。攻关可重复使用火箭，无疑已成为北京接下来在商业航天发展的重点任务之一。可重复使用火箭是相对于“一次性运载火箭”而言的概念，指运载器从地面起飞完成预定发射任务后，全部或部分返回并安全着陆，经过检修维护与燃料加注，可再次执行发射任务。

在张昌武看来，“尤其是大运力可重复使用运载火箭技术，必须在未来3年实现根本性的突破，中国商业火箭发展的真实刻度应该是跟可重复使用火箭的刻度对齐的”。

在富有前瞻性的判断中，蓝箭航天不断推进可重复使用火箭的研发进程，定位为大型可复用液氧甲烷运载火箭的朱雀三号已计划于2025年首飞。据介绍，朱雀三号一子级设计复用次数不少于20次。未来它的发射价格目标是每公斤2万元人民币，相比目前国内民营火箭每公斤约8万至11万元大幅降低。

不锈钢材料成本可降80%—90%

发展可回收运载火箭，其核心目的是降成本。在国外，SpaceX猎鹰9和重型猎鹰火箭已具备重复使用的能力，大幅降低发射成本。根据SpaceX官网发布的信息，“猎鹰9号”火箭单次发射成本约3000美元每千克，在此之前，全球商业航天发射成本在1万至2万美元每千克。

张昌武认为，美国商业航天的发展历程已经验证了航天是可以商业化的，是蕴含着巨大的经济发展潜力的，也是能够促进科技创新、科技突破的一大利器。但在国内，要实现可重复使用火箭的目标，则还需要探索攻关新的材料、结构和控制方法等难题。

在材料与结构方面，蓝箭航天将目光投向了不锈钢。据悉，朱雀三号贮箱，即运载火箭装推进剂和氧化剂的储罐，其结构采用高强度不锈钢材料，发射成本相较一次性使用火箭可降低百分之八十至九十。

“此前制造火箭的材料主要是铝合金，但铝合金用于制造火箭贮箱，需要加工去除大量的原材料，材料利用率比较低。相比之下，不锈钢直接使用冷轧薄板进行卷焊，可以将材料利用率提升到80%以上，这样箭上一公斤不锈钢结构的成本比箭上一公斤铝合金结构的成本要低两个数量级。”蓝箭航天技术战略部负责人袁宇在接受采访时这样介绍。

袁宇表示，同时，高强度301不锈钢，其抗拉强度和延伸率都是传统铝合金的2—3倍。在低温（液氧、LNG、液氮、液氢温度）下，材料的抗拉强度会显著提升到2000MPa以上，且保留良好的韧性。

性能还是产能?成本！

从利用率到延伸率，不锈钢的优势显而易见，但要让不锈钢代替铝合金成为火箭材料，免不了一番取舍。

朱雀三号可复用火箭型号副总设计师董锴在接受北京商报记者采访时表示，使用不锈钢也有代价，即重量代价，“不锈钢的密度约为铝合金的3倍，箭体太重会压缩有效载荷，能带的燃料和货物就少了”。

在这样的代价之下，当前阶段，蓝箭航天仍旧选择使用不锈钢，核心的逻辑是“性能换产能”，“牺牲了一部分在运载方面的性能，以换取成本低、制造简单的优势”。

“蓝箭的发动机产能很高，而贮箱等结构使用铝合金作为材料产能可能会受到供应商限制。因此，选择不锈钢这种广泛应用于民间的工艺和材料，可以解决产能匹配问题，并大幅降低成本。”董锴表示。

而且，随着可重复使用火箭的发展，不锈钢的优势也在逐步扩大。据董锴介绍，由于重量代价的存在，过去的一次性火箭中，不锈钢的优势还没有那么大，但可回收火箭使结构重量在整个运载能力中所占比重降低。当前，蓝箭内部也在努力减少重量代价，通过研究国内外的材料和焊接工艺，争取让使用在火箭上的不锈钢更轻薄。

在董锴看来，不同的火箭单位会根据自身需求作出取舍，一些单位可能会坚持使用铝合金，为追求性能而“不惜一切代价”，而蓝箭航天想确保的，则是在有限资金内进行更多次的可回收科学实验，“对于资金有限的商业企业来说，如何在有限的资金内进行更多次的实验是一个核心问题。因此，我们愿意使用产能高、成本低的材料来进行工作”。

从百米级到百公里级

“当前，商业航天发展迎来了重大的窗口期和机遇期，也决定这个阶段行业和企业需要更加地冷静和务实，需要更加地扎实和严格。应该说国家从政策和资源层面对商业航天有了系统性的指引和保障，接下来就需要企业做好自己交付成绩。”张昌武如是说。

近年来，蓝箭航天便不断给出亮眼的成绩。通过研制朱雀二号，蓝箭航天已经攻克了一次性使用中型液体运载火箭技术；朱雀三号则将使其攻克部分重复使用技术这个大难关。“火箭技术的发展没有捷径，唯有踏踏实实地，一步一个脚印地走，从百米级、到公里级，再到百公里级。”袁宇表示。

今年6月，蓝箭航天将实施朱雀三号一子级垂直起降回收试验的10公里级验证飞行。“这将是中国火箭回收技术的一个新高度，届时我们将成为行业内第一个摸到10公里门槛的企业。”袁宇说。

此外，董锴指出，从技术的角度来讲，对于可回收火箭来说，几个关键步骤是必不可少的，包括发动机调节控制算法和几个特殊动作。“在10公里飞行中，将遇到这些动作：空中起动、栅格舵启动的联合控制展开，速度达到一定程度，气动控制、联合控制、二次起动都是必不可少的动作。对于蓝箭来说，在10公里飞行中完成这些关键动作后，下一步就是入轨。”

对于在商业航天领域如何提升新质生产力，张昌武表示，科技创新是发展新质生产力的核心要素，商业航天同样是以技术、模式创新引领的行业，本身就是一种新质生产力，是一种新产业、新能力、新可能。

“新质生产力，首先是创新，对于运载火箭来说，要能够在原有航天能力的基础上继续探索无人区、填补空白建立领先，并对标世界一流。”张昌武说。

北京商报记者 金朝力 冉黎黎