封面新聞記者 邊雪
這是一個可載入中國商業(yè)航天史冊的關(guān)鍵時刻。
2024年9月11日12時00分，由藍(lán)箭航天空間科技股份有限公司自主研發(fā)的朱雀三號VTVL-1可重復(fù)使用垂直起降回收試驗箭，在我國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心藍(lán)箭航天液氧甲烷火箭發(fā)射工位，圓滿完成十公里級垂直起降返回飛行試驗。
值得注意的是，該次任務(wù)是國內(nèi)首次實現(xiàn)垂直起降返回火箭空中二次點火、跨音速大動壓環(huán)境下“柵格舵-冷氣姿控-發(fā)動機(jī)”聯(lián)合制導(dǎo)控制，以及高空風(fēng)實時風(fēng)修技術(shù)工程化應(yīng)用等技術(shù)驗證，其成功標(biāo)志著中國商業(yè)航天在可重復(fù)使用運載火箭技術(shù)上取得重大突破，為將來實現(xiàn)大運力、低成本、高頻次、可重復(fù)使用的航天發(fā)射邁出了極為重要的一步。
試驗現(xiàn)常（受訪者供圖）
試驗成功：
各項指標(biāo)均滿足預(yù)期設(shè)計
本次試驗中，朱雀三號VTVL-1試驗箭空中飛行總時間為200.7s，經(jīng)歷“上升-發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)-無動力滑行-發(fā)動機(jī)空中二次起動-軟著陸”過程。
其中，起飛后約113s發(fā)動機(jī)第一次關(guān)機(jī)，關(guān)機(jī)后火箭繼續(xù)依靠慣性飛行至距地面高度10002m的最高點，為抵消36m/s的高空橫風(fēng)干擾，火箭依靠高空風(fēng)修正、柵格舵和冷氣姿控來穩(wěn)定飛行姿態(tài)；經(jīng)過無動力滑行約40s后，在火箭高度降至4.64km、速度達(dá)到0.8Ma情況下，發(fā)動機(jī)進(jìn)行空中100%工況二次點火，火箭進(jìn)入著陸減速段，并通過在線制導(dǎo)控制算法，調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)推力和飛行狀態(tài)，引導(dǎo)箭體在距離發(fā)射工位約3.2km的回收場坪實現(xiàn)軟著陸；著陸位置中心點距離回收場坪中心位置1.7m，著陸垂直速度-1.65m/s，著陸姿態(tài)角偏差為0.3°，各項指標(biāo)均滿足預(yù)期設(shè)計，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
據(jù)悉，本次任務(wù)是繼2024年1月圓滿執(zhí)行百米級飛行試驗任務(wù)之后，對大型液氧甲烷重復(fù)使用火箭垂直起降回收各項關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)階驗證。
試驗箭為單級液氧甲烷火箭，箭體直徑3.35m，長度18.3m，起飛質(zhì)量約68t，起飛推力800千牛，裝配3組著陸緩沖支腿，新增4片柵格舵系統(tǒng)，采用與朱雀三號火箭一致的高強(qiáng)度不銹鋼箭體結(jié)構(gòu)；搭載一臺已實現(xiàn)連續(xù)入軌飛行驗證、與朱雀三號火箭同型的80噸級天鵲-12（TQ-12）改進(jìn)型液氧甲烷發(fā)動機(jī)，具備正交雙擺、45%~111%變推力調(diào)節(jié)和多次點火能力。
試驗現(xiàn)常（受訪者供圖）
本次發(fā)射任務(wù)
實現(xiàn)多項驗證成果
封面新聞記者了解到，本次發(fā)射采用國內(nèi)推力最大的入軌級液氧甲烷發(fā)動機(jī)，首次在國內(nèi)驗證發(fā)動機(jī)一次關(guān)機(jī)后小過載段的推進(jìn)劑管理技術(shù)，驗證重復(fù)使用火箭發(fā)動機(jī)空中二次起動能力�？己舜怪狈祷貭顟B(tài)下動力系統(tǒng)關(guān)鍵動作歷經(jīng)的環(huán)境過程，更加貼近重復(fù)使用火箭一子級回收過程的實際工況，從而全面驗證朱雀三號可重復(fù)使用火箭動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。
本次試驗，也成功驗證重復(fù)使用火箭發(fā)動機(jī)搖擺+冷氣姿控RCS+柵格舵的聯(lián)合控制方法，進(jìn)一步驗證火箭在高空高速大動壓狀態(tài)下的精準(zhǔn)制導(dǎo)與控制算法，為朱雀三號可重復(fù)使用火箭制導(dǎo)控制關(guān)鍵技術(shù)的研究和驗證提供了重要數(shù)據(jù)支撐。
沿用原執(zhí)行百米級飛行試驗任務(wù)的試驗箭，驗證可重復(fù)使用能力。通過對試驗箭在第一次飛行之后狀態(tài)復(fù)檢和本次飛行試驗的圓滿成功，實際驗證了不銹鋼箭體結(jié)構(gòu)、發(fā)動機(jī)和箭載航電設(shè)備等在重復(fù)使用條件下的性能表現(xiàn)，積累了關(guān)于可重復(fù)使用火箭檢查、維護(hù)方面的充分經(jīng)驗，對提高朱雀三號可靠性和復(fù)飛效率具有重要意義。
值得注意的是，本次試驗采用射前實時風(fēng)修正技術(shù)方案，利用射前24h內(nèi)三次高空風(fēng)實測數(shù)據(jù)，快速開展彈道、制導(dǎo)和控制專業(yè)諸元計算和仿真驗證。這項技術(shù)實時性強(qiáng)，工程化應(yīng)用能夠有效提高火箭對發(fā)射環(huán)境條件的適應(yīng)能力，可使朱雀三號火箭在滿足發(fā)射概率的情況下，降低結(jié)構(gòu)載荷設(shè)計，實現(xiàn)更高的運載效率和運載能力。
朱雀三號VTVL-1試驗箭是以全尺寸發(fā)動機(jī)構(gòu)建的工程樣機(jī)，作為藍(lán)箭航天重復(fù)使用火箭工程研制的重要一環(huán)。通過兩次垂直起降回收試驗，型號團(tuán)隊成功驗證了多項重復(fù)使用火箭關(guān)鍵技術(shù)，為將來朱雀三號的首飛及回收奠定了堅實基矗
封面新聞記者從藍(lán)箭航天了解到，2022年10月以來，藍(lán)箭航天全力推進(jìn)大型液氧甲烷可重復(fù)使用火箭的論證和研制工作，明確了下一代可重復(fù)使用火箭朱雀三號的研制路線。2024年初，朱雀三號已完成方案階段轉(zhuǎn)初樣階段工作，全面開展初樣階段各系統(tǒng)產(chǎn)品研制，計劃于2025年實施首飛，2026年實現(xiàn)一子級回收復(fù)用，力爭在未來3年內(nèi)助力中國商業(yè)航天實現(xiàn)大運力、低成本、可重復(fù)使用運載火箭技術(shù)的根本性突破。
