美國太空探索技術公司SpaceX的“獵鷹-9”運載火箭順利完成首次垂直回收,這在世界航天史上寫下濃重一筆。中國也在進行重復使用運載火箭的技術論證和研究工作,但這對中國航天工業將是一個新的考驗。
已有規劃方案 從垂直回收技術上來看,在回收過程中要通過火箭發動機在推力和方向上的不斷調節和調整來進行精確控制。這就需要運載火箭的推力有大范圍的推力調節能力,這對燃燒、渦輪泵、閥門等各組件要求很高。還需要解決大長徑比的發動機垂直降落的姿態控制、支撐結構設計等一系列難題。更重要的是,回收系統不僅要能夠實現基本功能,還要達到相當高的可靠性。另外,其重量、體積必須最小化。否則,它對于火箭來說是一個巨大的“累贅”。與傳統一次性運載火箭相比,完全可重復使用火箭搭載的有效載荷要少40%。
火箭的重復使用對于發動機核心部件的性能和壽命提出了更高要求。目前火箭發動機的設計壽命、試車時間都是以秒為單位計算。對于一次性使用的火箭來說,保證材料和相關設計在短時間能頂得住是一個問題,而確保長壽命使用又是另外一個問題。
美國航天飛機的主發動機的燃燒室壓強高達207個大氣壓,燃燒室的工作溫度約為3300度(目前最先進的渦扇發動機渦輪前溫度不到1700度),其一個小小的渦輪泵的功率就是目前最先進主戰坦克發動機功率的數十倍。讓這樣的發動機順利工作一次就已經非常困難,而要重復使用多次,那么對材料和工藝的要求將上一個巨大的臺階。
加速太空軍事化 運載火箭的重復使用,讓軍用航天的一些設想也將得以實現。
美國空軍2003年11月出版的“美國空軍變革飛行計劃”報告中,在其未來天基武器藍圖中引用了“極高速桿束”概念,這就是被傳得神乎其神的“上帝之杖”的原型。不過,這樣一根鎢棒的重量在9噸左右,如果一個平臺裝載10根左右的鎢棒,加之結構重量,將達到100多噸,相當于一個太空站的重量。如果考慮到全球快速打擊,就必須在軌道上部署6-8套這樣的系統,這在經濟上是目前任何國家都不能承受的。未來,一旦掌握火箭重復使用技術,那么類似于“上帝之杖”甚至美國當年的“星球大戰”計劃的設想,至少在經濟上是可以承受的了。