撰文｜戴晶晶

制圖｜周奕彤

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12月23日10時00分，長征十二號甲（CZ - 12A）可重復(fù)使用運載火箭在酒泉東風(fēng)商業(yè)航天創(chuàng)新試驗區(qū)首次發(fā)射。點火瞬間，轟鳴聲回蕩在戈壁灘上空，火箭拖曳著明亮的藍紫色尾焰迅速升空。

長征十二號甲是一型以實現(xiàn)“一級重復(fù)使用”為核心特征的液氧甲烷運載火箭，由中國航天科技集團公司第八研究院抓總研制。它也是中國第二款首飛即嘗試開展可回收技術(shù)驗證的運載火箭。

在外界的期待中，長征十二號甲火箭二子級順利進入預(yù)定軌道，飛行試驗任務(wù)獲得基本成功，但一子級回收宣告失敗。[1]

在多級運載火箭中，一級火箭是最先點火的級段，負責(zé)將火箭從地面起飛并加速至高空，在燃料耗盡后分離；二級在一級分離后點火工作，繼續(xù)加速并將有效載荷送入預(yù)定軌道。

不久前的12月3日，中國商業(yè)航天公司藍箭航天空間科技股份有限公司（簡稱“藍箭航天”）的“朱雀三號”遙一運載火箭成功發(fā)射并入軌，但在一級回收驗證過程中發(fā)生異常燃燒，未能實現(xiàn)回收場坪軟著陸，回收試驗同樣未獲成功。[2]

這意味著，迄今為止美國依然是唯一成功回收一級火箭的國家。2025年11月13日，美國藍色起源公司（Blue Origin）發(fā)射“新格倫”運載火箭，并成功回收其第一級，成為繼Space X之后，第二家實現(xiàn)軌道級火箭發(fā)射并回收的商業(yè)航天企業(yè)。

火箭探索回收復(fù)用之路充滿挑戰(zhàn)，“新格倫”和SpaceX的“獵鷹9號”的首次回收試驗也均未成功，過程中交了昂貴的學(xué)費。那么，為何火箭回收如此困難？我們應(yīng)如何看待這些失敗的意義？

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像飲料瓶一樣回收火箭

傳統(tǒng)的多級運載火箭采用一次性設(shè)計，在完成發(fā)射任務(wù)后，各級與箭體分離，隨后墜落至陸上無人區(qū)或遠海海域，無法再次利用。這種模式造成了大量的資源浪費與經(jīng)濟成本，尤其是集成了核心動力系統(tǒng)的一子級，通常是火箭成本占比最高的部分。

出于成本的考慮，可復(fù)用火箭的構(gòu)想出現(xiàn)已久。

錢學(xué)森在1963年出版的《星際航行概論》中就討論了運載火箭的回收：“占起飛重量絕大部分的是推進劑，它卻比較便宜……比較貴的空火箭卻白白扔掉，在今天星際航行的初始試驗階段，飛行次數(shù)很少，這樣做還可以，但將來也這樣做就是浪費，所以我們應(yīng)該想辦法把空的運載火箭收回來，多次使用?！盵3]

1993年，美國麥道公司的試驗箭三角快帆（DC-X）完成了首次火箭垂直起降演示，驗證了垂直回收技術(shù)的可行性。但是直到2011年埃隆·馬斯克的Space X宣布可回收運載火箭計劃，火箭復(fù)用技術(shù)才開始快速成熟與工程化。

2015年12月22日，Space X成功發(fā)射“獵鷹9號”，并實現(xiàn)了一級火箭軟著陸，開創(chuàng)了火箭從太空直接垂直回收的歷史。

經(jīng)歷了兩年多的實驗后，“獵鷹9號”的回收著陸成功率顯著上升，后續(xù)掌握整流罩的回收和復(fù)用能力。截至目前，“獵鷹9號”已經(jīng)成功完成了500余次的一級助推器回收。

根據(jù)美國國家航空航天局（NASA）艾姆斯研究中心研究員哈里·瓊斯在2018年的評估報告，按當(dāng)時“獵鷹9號”公開的報價計算，商業(yè)運載火箭已將進入近地軌道的單位發(fā)射成本降低至航天飛機時代的大約二十分之一。[4]

商業(yè)航天是指具有商業(yè)盈利模式的航天活動。火箭運輸可以類比為通往太空的“高速公路”，快速增長的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)，尤其是大規(guī)模星座部署需求，直接驅(qū)動了商業(yè)航天的發(fā)展。

火箭的可重復(fù)使用能夠顯著壓低單次發(fā)射的邊際成本，而具備可復(fù)用能力、可靠批量生產(chǎn)能力的大運力火箭，將在競爭中率先建立優(yōu)勢。

據(jù)人民網(wǎng)報道，“朱雀三號”設(shè)計的復(fù)用次數(shù)不少于20次，目標(biāo)就是將發(fā)射成本壓縮至2萬元/公斤。[5]

中山大學(xué)航空航天學(xué)院副教授張亮告訴《知識分子》，一個型號火箭的研發(fā)投入至少10億元起步，還不包括一些輔助配套設(shè)施（例如發(fā)射場建設(shè)，測控網(wǎng)絡(luò)保障等）。對于商業(yè)火箭公司來說，是一項巨大的投入，如果沒有極大的發(fā)射需求，前期的投入需要5年乃至10年以上的周期才有可能回本。

“因此，為了降低成本，商業(yè)火箭公司一定會走可回收技術(shù)或者通過產(chǎn)業(yè)鏈集成，基于民用產(chǎn)品或可大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品來開展火箭設(shè)計?！睆埩琳f。

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為什么那么難？

運載火箭的發(fā)射與回收是一個高風(fēng)險、高投入和高技術(shù)含量的技術(shù)領(lǐng)域。張亮解釋稱，這個過程中涉及箭體總體設(shè)計、導(dǎo)航制導(dǎo)與控制、航電系統(tǒng)集成、結(jié)構(gòu)增材制造、發(fā)射場保障、推進劑加注、發(fā)動機設(shè)計與制造和著陸緩沖等多個關(guān)鍵技術(shù)。

“由于火箭回收技術(shù)是新出現(xiàn)的技術(shù)形態(tài)，全球都是在探索中，無太多技術(shù)可直接借鑒。前期‘獵鷹9號’失敗了很多次，星艦也試飛了11次，一半是失敗的，商業(yè)公司如果沒有雄厚資金和耐心，是無法做到的?！睆埩帘硎?。

在“獵鷹9號”成功實現(xiàn)首次一級回收之前，經(jīng)歷了許多失敗和嘗試，包括四次重要的海上或陸地回收試驗失敗，以及多次亞軌道回收測試。2015年1月，“獵鷹9號”在首次嘗試海上回收時，火箭撞上了駁船；2015年6月，火箭在發(fā)射后僅兩分鐘就發(fā)生爆炸并解體。

2025年1月，藍色起源公司在“新格倫”火箭的首次軌道級回收試驗中也未能成功，直到同年11月才首次完成該火箭第一級的海上回收。

星艦是Space X開發(fā)的一種可完全復(fù)用的重型運載火箭，可搭載超百噸載荷。截至目前，星艦已完成11次試飛，經(jīng)歷多次爆炸和解體，在2025年10月的第11次試飛中才成功完成關(guān)鍵的受控濺落。

張亮表示，具體來看，當(dāng)前實現(xiàn)火箭“可復(fù)用”面臨的挑戰(zhàn)包括：高精度的導(dǎo)航制導(dǎo)與控制技術(shù)，以確保精確實現(xiàn)多約束的軟著陸目標(biāo)；高可靠、輕量化且可折疊的著陸緩沖裝置，確?；鸺茉陬A(yù)定著陸場垂直回收；大范圍推力精確可調(diào)的發(fā)動機控制技術(shù)，能夠在30%-110%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)推力，并支持多次點火啟動；高效氣動控制舵裝置，能夠在保證輕量化的同時有效控制火箭姿態(tài)。

不過，回收也不代表能夠復(fù)用。張亮指出，還需要具備高效快速的箭體結(jié)構(gòu)健康檢測技術(shù)，以對回收后的火箭箭體進行迅速評估與檢測，確保其滿足再次使用的要求。

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“炸火箭”當(dāng)學(xué)費

張亮表示，航天工程到目前為止依然是高風(fēng)險的行業(yè)，涉及了太多的關(guān)鍵技術(shù)的集成，一個小螺絲釘?shù)乃蓜?，一根電線的錯接，一個微小的裂紋，一個零件的結(jié)構(gòu)強度失效都有可能導(dǎo)致火箭發(fā)射失敗。同時，一型火箭涉及上千人的協(xié)同配合，在信息傳遞或工作交接過程中出現(xiàn)的人為差錯也可能導(dǎo)致發(fā)射失敗。

“運載火箭的研制就是在不斷失敗中去改進相關(guān)設(shè)計，從而推動技術(shù)迭代進步，這與民航客機、新能源汽車和機器人等領(lǐng)域的發(fā)展思路都是一致的”張亮說，為了避免發(fā)射失敗，在設(shè)計的時候就要加強設(shè)計余量控制，減少人為失誤，做到標(biāo)準化設(shè)計和標(biāo)準化流程，同時也要從每次發(fā)射過程中收到的數(shù)據(jù)去分析，改進相關(guān)的設(shè)計，則技術(shù)成熟后是可以避免發(fā)射失敗的。

多位火箭商業(yè)公司的員工告訴《知識分子》，目前國內(nèi)商業(yè)航天進入了攻堅階段，入軌成功也是一個重要目標(biāo)，而“朱雀三號”的回收測試已經(jīng)接近成功。

“朱雀三號”運載火箭總指揮戴政在接受央視新聞采訪時復(fù)盤稱，火箭從約40公里高度下降至距地面3公里的超音速滑行段氣動控制表現(xiàn)良好，但真正的難點在3公里高度的著陸點火階段，對飛行控制提出了極高要求。由于最后減速未能成功，火箭未實現(xiàn)有效“剎車”，最終在距著陸中心點約40米處墜毀。[6]

“經(jīng)歷過失敗才能夠得到試錯的經(jīng)驗，公司的技術(shù)迭代才有可能走得更遠，如果始終不邁出那一步，可能就獲得不了試錯的經(jīng)驗，離成功就沒有辦法更進一步?！贝髡f。

中國航天科技集團也在長征十二號甲首飛后表示，任務(wù)雖未實現(xiàn)預(yù)定的火箭一級回收目標(biāo)，但是獲取了火箭真實飛行狀態(tài)下的關(guān)鍵工程數(shù)據(jù)，為后續(xù)發(fā)射、子級可靠回收奠定了重要基礎(chǔ)。

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中國商業(yè)航天的未來

2025年12月是中國可回收火箭集中首飛的關(guān)鍵時期。在“朱雀三號”和長征十二號甲之后，北京天兵科技有限公司（簡稱“天兵科技”）的“天龍三號”可回收火箭也預(yù)計進行首飛，但此次飛行主要驗證部分關(guān)鍵能力和數(shù)據(jù)，不涉及完整回收。

目前，國內(nèi)設(shè)計的可復(fù)用火箭箭型還包括“智神星一號”、長征十二號乙、“元行者一號”、“星云一號”、“力箭二號”和“雙曲線三號”等。

針對可復(fù)用火箭的設(shè)計，張亮認為其主要取決于任務(wù)需求，“獵鷹9號”的設(shè)計主要就是面向快速發(fā)射部署星鏈衛(wèi)星，因此其設(shè)計之初就瞄準大批量、大運載和多次可復(fù)用的目標(biāo)。

“如果發(fā)射的載荷不是同一型號、同一軌道的衛(wèi)星載荷，那么這種設(shè)計就不一定合適?！睆埩林赋?，另外，如果未來技術(shù)能夠?qū)⒓w和發(fā)動機的制造成本降低到百萬級以下，火箭就不必強制設(shè)計為可重復(fù)使用。

從實際情況來看，張亮認為，雖然運載能力和復(fù)用次數(shù)越高，火箭的性能也越好，但相應(yīng)的制造成本和可靠性要求也會更高。因此，運載能力并不是越高越好?？芍貜?fù)使用火箭的總體設(shè)計應(yīng)根據(jù)未來的發(fā)射載荷需求進行規(guī)劃。

目前，我國商業(yè)火箭公司研制的“朱雀三號”、“天龍三號”、“力箭二號”、“雙曲線三號”和“引力二號”等火箭的起飛質(zhì)量都在500噸左右，運載能力為10至18噸，主要針對國網(wǎng)衛(wèi)星和垣信衛(wèi)星的低軌互聯(lián)網(wǎng)星座部署。

“一旦這些星座建成，且不再需要如此大的運載能力，相關(guān)火箭設(shè)計就需要進行更新。此外，如果未來涉及月球基地或火星開發(fā)，火箭的運載能力需求將發(fā)生變化?！?/p>

張亮最后說明，技術(shù)的迭代一定會推動航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展，以后大家可以低成本的體驗太空旅游、月球旅游或空間站旅游等等，讓普通民眾觸手可及。

參考文獻：

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/mJ2JoPMm5WgUjgWZqdZMzA

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/l0HitsBfMN1Fm1uXBBCcoA

[3]錢學(xué)森《星際航行概論》

[4]https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20200001093/downloads/20200001093.pdf

[5]http://politics.people.com.cn/n1/2025/0628/c1001-40510625.html

[6]https://baijiahao.baidu.com/s?id=1851504960554320739

本文轉(zhuǎn)載自《知識分子》微信公眾號

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