JAXA可重复使用火箭RV-X成功起降……启动追赶SpaceX

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By Global Team

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)11日完成了可重复使用火箭实验机“RV-X”的首次飞行试验。机体上升至11米高度后悬停,并横向移动16米后着陆,飞行时间约40秒。

如果回收火箭一级并再次使用,就能大幅降低发射成本。SpaceX通过同一枚一级火箭最多重复使用35次,主导着全球发射市场。

中国也在试验前一天宣布,首次成功回收火箭一级。连蓝色起源和日本本田也加入其中,可重复使用竞争正全面扩散。

韩国也于去年12月确定了将下一代发射体转向可重复使用型的计划。计划投入总额2兆2921亿韩元,在2032年发射登月着陆器的同时,力争掌握可重复使用技术。

小型可重复使用火箭RV-X在试验飞行中于空中悬停。
小型可重复使用火箭RV-X在试验飞行中于空中悬停。

曾经一次发射后便丢弃的火箭,正迎来像飞机一样再次使用的时代。美国SpaceX领先9年的竞争,如今日本迈出了第一步。

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)11日上午6时14分左右,在秋田县能代市的能代火箭试验场实施了可重复使用火箭实验机“RV-X”的首次飞行试验。根据《日本经济新闻》和共同社等报道,机体先垂直上升到约11米高空,短暂停留后,横向移动约16米并降落到地面。整个飞行时间仅约40秒。

负责试验的JAXA研发经理伊藤隆表示:“机体正常完成了飞行。参与开发10年后,从零部件试验一步步积累,终于平稳完成飞行试验,感到安心。”JAXA将分析飞行数据后判断是否算最终成功,并在检查机体后决定是否用同一机体进行第二次试验。

◆ 40秒飞行为何如此困难

11米大约相当于公寓4层楼高。然而日本媒体认为,这短短的飞行中压缩了可重复使用火箭的核心技术。

要让火箭再次使用,就必须把发射后的机体准确降落在指定地点。需要实时控制下落机体姿态和速度的制导技术,以及在着陆瞬间之前精密调整发动机推力的技术。还必须安装着陆支架,因此机体也要更轻。RV-X直径1.8米、长度7.3米,配备了4个可吸收冲击的着陆支架。

过程并不顺利。JAXA自2016年起便与三菱重工业共同开发RV-X。到去年为止持续进行发动机燃烧试验,原定于今年3月的首次飞行也因天气和设备故障而推迟。10年研发换来的就是这40秒。

此次试验的目的并不止于飞行本身。根据《日本经济新闻》,JAXA计划拆解回收后的机体和发动机,逐步确认适合重复使用的金属材料,以及再次发射所需的维修程度。

因为火箭在发射过程中会暴露于极端高温环境。JAXA据悉计划在后续试验中将高度提高到约100米。

◆ 重新使用火箭一半以上成本的意义

各国之所以积极投入可重复使用,归根结底是为降低成本。火箭中最昂贵的是搭载发动机的一级。如果回收这一部分并在维修后再次发射,机体制造周期就会缩短,新材料投入也会减少,便于更频繁、更低成本地发射卫星。

差距已经拉得很大。SpaceX自2017年起商业运营可重复使用火箭“猎鹰9号”。猎鹰9号在分离搭载卫星的二级后,一级会反向喷射发动机,返回地面或海上驳船并着陆。

JAXA此次在11米高度验证的技术,相当于在接近太空边缘的位置实现。SpaceX甚至创下同一枚一级火箭最多重复使用35次的纪录。依靠这一成本竞争力,它被认为正在大量拿下全球卫星发射业务。

追赶者的动作也在加快。由杰夫·贝索斯领导的蓝色起源今年4月首次成功将回收的一枚一级火箭重新投入大型火箭“新格伦”使用。中国官方媒体则在日本试验前一天的10日报道称,中国首次成功回收火箭一级。日本国内,本田系研究所也在去年6月完成了民间企业首次可重复使用火箭起降试验。

日本政府之所以感到焦虑,原因就在这里。日本主力火箭H3仍是一次性使用方式。尽管设计上比前代H2A更便宜,但若要在全球市场竞争,仍需进一步降低成本。

日本政府在航天开发基本政策《宇宙基本计划》中提出,到2040年代初大幅降低发射成本的目标。其算盘是通过可重复使用技术降低单价,从而争取海外卫星发射订单。

JAXA已为H3后续机型设定了导入部分可重复使用方式、在2030年代初实现实用化的目标。此次试验数据将反映到与德国、法国共同开发的上级实验机“卡利斯托”中。卡利斯托使用与RV-X同系列的发动机,计划在2026财年内发射。

◆ 韩国也转向了,押注2万亿韩元的可重复使用转型

韩国宇宙航空厅去年12月在企划财政部审议中,敲定了将下一代发射体转为可重复使用型的事业计划变更案。

原本计划开发两种煤油发动机,如今改为一款80吨级甲烷发动机,同时用于一级和二级。总事业费为2兆2921亿韩元。计划于2031年发射性能验证箭,并于2032年用韩国自己的发射体直接送上登月着陆器。

转型原因与日本并无不同。宇宙航空厅预计2030年代国家航天开发需求将大幅增加,并认为为了及时应对航天强国之间的可重复使用竞争,必须修改计划。若继续使用一次性发射体,恐怕难以承受不断增长的卫星需求。

开发已经进入设计阶段之后。宇宙航空厅上月30日在韩国航空宇宙研究院与韩华航空航天、HD现代重工、现代罗特姆等参与企业举行座谈会,并表示系统概念设计已接近完成。

宇宙航空厅表示,若掌握可重复使用技术,将有助于降低发射成本、缩短发射周期,从而同时提升卫星发射与深空探测竞争力。

不过,正如日本此次试验所展示的那样,可重复使用技术没有捷径。日本从零部件试验到40秒飞行花了10年,SpaceX也经历了多次着陆失败,才走到今天。

作为发射体后发国家的韩国,能否在同一时间表内同时实现登月和可重复使用这两个目标,将成为今后关键。邻国的40秒,也像是在重新确认韩国航天开发所面对的时间表。