中國可重復使用火箭：從“零的突破”到“多型并舉”（上）

2025年我國政府工作報告明確提出“開展新技術新產品新場景大規模應用示范行動，推動商業航天、低空經濟、深海科技等新興產業安全健康發展”。這是商業航天繼2024 年作為“新增長引擎”被寫入政府工作報告之后，第二年被寫入政府工作報告，不僅凸顯了我國對商業航天的重視，也標志這一新興產業正加速駛入應用落地“快車道”。

商業航天是指以市場化運作為核心，由企業主導投資、研發、生產和運營的航天活動，旨在通過市場競爭實現盈利。與傳統政府主導的航天項目不同，商業航天的主要特點是私營資本參與、需求驅動、成本優先和技術迭代快。當下商業航天的主要應用范圍包括衛星服務（通信、遙感等衛星）、火箭發射、亞軌道飛行以及深空探測與資源開發等。其中，可重復使用火箭因能有效降低發射成本、提高發射頻率、減少污染并推動技術進步而成為各國商業航天企業研發的重點。

火箭第一級回收常用技術路徑

根據回收部分不同，火箭回收可分為第一級回收、整流罩回收、組合體回收等。火箭第一級承擔了最大的推力，起到推動火箭高速運轉的重要作用，而且第一級發動機制造成本是整個火箭制造成本中最高的部分，所以各國研究的火箭回收方案主要針對第一級回收。

火箭第一級回收的技術路徑主要有降落傘回收、帶翼回收和垂直起降回收三種。

降落傘回收是最傳統的火箭回收技術路徑。該技術的優點是系統簡單、火箭運力損失較小；缺點是第一級控制能力較差，導致著陸區域的隨機性較大，很難用在大中型火箭回收上。

帶翼回收不僅綜合成本較高， 還要兼顧傳統火箭和飛機兩種運行狀態，因此一直未能實現應用。

常見的垂直起降回收有本場回收和航線下回收兩種模式。本場回收是火箭第一級在完成推進任務后重新調整飛行軌跡，然后返回發射場附近的陸地著陸平臺。航線下回收是使用海上回收船進行回收，這種模式容易受到海域氣象條件的影響而致第一級無法順利著陸或著陸后傾倒損毀。美國太空探索技術公司（SpaceX）的獵鷹9號第一級回收時就多次出現這一問題。

垂直起降回收技術發展較成熟，SpaceX的獵鷹9號和重型獵鷹火箭均使用該技術進行第一級回收。我國商業航天企業研制的大多數新型可重復使用火箭也多采用這一回收技術。

SpaceX 的“夾筷子”技術也頗引人注目。2024年10月13日，SpaceX星艦大型運載火箭在第五次試飛中，第一級超重助推器成功返回發射臺并完美掛在機械臂上，實現了發射臺回收火箭。不過，該技術成本高昂，而且對助推器返回位置和返回姿態的控制精度要求極高，存在較大風險。

此外， 我國創新性地提出了網系回收技術：第一級分離后將利用氣動舵進行姿態控制與減速；著陸時，地面網系回收裝置會通過網系繩索對第一級進行阻尼減速，以實現第一級安全軟著陸。

短短幾年， 我國可重復使用火箭就經歷了從“零的突破”到“多型并舉”的跨越式發展，多家商業航天企業不僅成功實現入軌級火箭發射，還進行了多次垂直起降回收試驗與復飛試驗， 為火箭第一級回收與重復使用提供了技術支撐與保障。

星際榮耀—雙曲線三號

作為我國首家實現軌道級火箭發射的商業航天企業， 北京星際榮耀空間科技股份有限公司（ 簡稱星際榮耀） 及其第一型運載火箭雙曲線一號的發展并不順利。從2019年首飛至2025年5月執行的7次發射任務中，雙曲線一號僅成功發射3次，發射成功率為42.86%。不過，2023年11月2日，星際榮耀自主研發的液氧甲烷可重復使用驗證火箭雙曲線二號在酒泉衛星發射中心點火升空。約一分鐘后， 火箭在目標著陸點平穩、精確著陸， 飛行試驗任務取得圓滿成功。

進行試驗的雙曲線二號配備了星際榮耀自主研發的焦點一號深度變推力液氧甲烷發動機。試驗飛行高度178 .42米，飛行時間50.82 秒，著陸位置精度約1.68米， 著陸速度0.025米每秒。這是我國首次開展液體火箭全尺寸第一級垂直起降飛行試驗任務，試驗的成功為星際榮耀新型中大型可重復使用火箭的研制提供了有力的技術支撐，也標志著我國商業航天在可重復使用火箭技術上取得了重大突破。

首次垂直起降試驗完成一個多月后，雙曲線二號進行了第二次飛行試驗并取得圓滿成功，實現了我國首次可重復使用火箭的復用飛行。

兩次飛行試驗驗證了星際榮耀可重復使用液體火箭第一級總體方案的正確性，連續變推力液氧甲烷動力系統方案的正確性，火箭著陸段垂直軟著陸導航、制導與控制方案的正確性，液氧甲烷火箭加注、發射、回收及后處理流程的正確性與協調性；驗證了火箭各系統及單機重復飛行可靠性與復雜環境適應性，火箭簡維護、短周期、高頻次重復飛行的可行性；獲取了液氧甲烷火箭重復使用關鍵技術的核心試驗數據，為可重復使用火箭更多次、更高效的復用飛行提供了技術積累。

在總結、分析雙曲線二號兩次飛行試驗的寶貴數據及經驗的同時，星際榮耀將重心放在了新一代中大型可重復使用液體推進劑運載火箭—雙曲線三號的研制上。雙曲線三號全長69.6米， 直徑4.2米，起飛質量491噸，一次性使用運力為14噸，200千米低地球軌道航跡回收運力為8.5噸。

雙曲線三號第一級配備了9臺星際榮耀自行研制的焦點二號85噸級液氧甲烷發動機。飛行過程中，焦點二號發動機將全程采用“冗余”模式：當1臺發動機出現故障時，剩余8 臺發動機的推力將調至110%。

目前，星際榮耀已經投產3 發雙曲線三號，計劃于2025年年底首飛執行入軌+第一級回收任務，2026年6月完成復用飛行試驗，2030年具備一年25發的發射能力，后續將為我國巨型低地球軌道互聯網星座提供組網發射服務。

據悉，雙曲線三號第一級具備返場回收和航線下回收能力，可重復使用次數不少于20次，將采用與獵鷹9號類似的“岸上發射+海上回收”模式進行飛行試驗。星際榮耀的海上回收平臺系統項目已于今年6月交付，并在海南開展相關測試工作。

星河動力—谷神星二號與智神星一號

2020年11月，北京星河動力航天科技股份有限公司（簡稱星河動力）研制的谷神星一號成功完成首次飛行任務。截至2025年5月，谷神星一號已經執行了20次發射任務（其中5次為海上發射），僅1次失敗，發射成功率達95%，是我國最成功的商業航天運載火箭之一。

目前，星河動力正在研制和測試兩型新型運載火箭—谷神星二號固體運載火箭和智神星一號中大型可重復使用液體運載火箭，這兩型火箭均計劃于2025年進行首飛。

谷神星二號是一型百噸級四級商業運載火箭，在充分繼承谷神星一號技術的基礎上，圍繞高可靠、低成本、快響應的目標重點打造而成，500千米太陽同步軌道運載能力為1.3噸，能夠有效滿足低地球軌道商業衛星發射的規模化、周期性、經濟性要求，支撐中小型衛星的高效組網和中大型星座的靈活補網等發射需求。

值得一提的是，星河動力計劃采用電磁彈射技術發射谷神星二號。當前，國內首個基于超導磁懸浮技術的電磁發射驗證平臺正在四川資陽市進行調試，目標為2028 年實現電磁彈射火箭首飛。這項技術不僅能夠提升火箭的運載能力、大幅降低發射成本，還能實現火箭“航班化發射”。

智神星一號是星河動力自主設計、面向大型星座組網市場的兩級液體加先進上面級可重復使用運載火箭，全長52米，直徑3.35米，起飛質量290噸，低地球軌道運載能力為8噸。首枚智神星一號火箭已于今年5月總裝下線，計劃8 月進行首飛。

智神星一號第一級采用星河動力自主研制的“蒼穹”液氧/煤油發動機“七機并聯”設計，該型發動機為國內民營商業航天企業研制的首型針栓式變推力發動機，額定海平面推力為50噸，具備多次起動、可重復使用和深度變推能力，未來支持可重復使用50 次左右。而且，“蒼穹”發動機的許多零件采用3D打印工藝，能大大降低生產成本、提高生產效率，具備年產200臺以上的生產能力，可以滿足火箭批量化生產的需求。

中科宇航—力箭二號

廣州中科宇航探索技術有限公司（簡稱中科宇航）是國內首家混合所有制商業航天企業，依托中國科學院力學研究所等科研機構的科研力量和資源優勢，致力于太空科技探索和空天飛行器研發集成、技術成果轉化，以及提供宇航發射服務。

中科宇航研制的力箭一號于2022年7月成功發射，其綜合性能達到世界固體運載火箭領先水平，具備發射方式靈活、快速的特點。目前，力箭一號火箭共執行了6次發射任務，前5次均取得成功。2024年12月27日，力箭一號遙六火箭因為三級伺服熱電池內部激活回路導線損傷、斷裂，致使電池組未能正常輸出，進而造成火箭姿態失穩、火箭自毀、任務失敗。

力箭二號是中科宇航在研的一款中型液體運載火箭，全長52米，起飛質量625噸，低地球軌道運載能力為12噸，500千米太陽同步軌道運載能力為8噸。力箭二號計劃于今年9 月首飛，將搭載中國科學院微小衛星創新研究院研制的輕舟一號低成本貨運飛船，執行中國空間站貨運任務。未來，力箭二號將成為我國通信星座組網發射、空間站貨運的主力商業火箭。

目前，力箭二號第一級配備的是中國航天科技集團有限公司第六研究院研制的YF-10285噸開式循環液氧/ 煤油發動機；后續，中科宇航計劃為其配備自主研制的力擎二號110噸燃氣發生器循環液氧/ 煤油發動機。力擎二號發動機的燃氣發生器和推力室均采用針栓噴注，具有高壓氮氣起動、泵后雙向搖擺、再生冷卻加雙環帶冷卻方式等特點，發動機的推力變比為50%～100%，起動次數為3次，地面推力可達110噸。換用力擎二號發動機后，力箭二號將具備第一級回收和重復使用能力。

天兵科技—天龍三號

2023年4月， 北京天兵科技有限公司（簡稱天兵科技）研發的天龍二號在我國酒泉衛星發射中心成功發射入軌。天龍二號首飛成功開創了多個“第一”： 全球第一次由民營航天企業研發的液體運載火箭首飛即成功， 全球第一款使用煤基煤油作為火箭燃料的運載火箭，我國第一款無工位依托而發射的液體運載火箭， 我國首款采用三機并聯發動機技術的運載火箭……

在天龍二號取得成功后，天兵科技將發展重心放在了大型可重復使用液體火箭天龍三號的研制和測試上。天龍三號全長72 米， 起飛質量約600噸， 低地球軌道運載能力為17～22噸，500千米太陽同步軌道運載能力為10～17噸，是我國近期計劃首飛的商業火箭中運載能力最大的一型火箭。

天龍三號采用不銹鋼3D打印發動機、液氮汽化增壓、注氣式蓄壓器、三冗余計算機、全碳纖維整流罩、單層共底貯箱、非火工分離等50余項新技術，性價比大幅提升， 第一級具備重復使用、可自主返回的能力。天龍三號第一級以九機并聯的形式配備了9臺天兵科技自主研制的天火十二燃氣發生器循環液氧/ 煤油發動機，海平面推力為93噸，推重比163，對標SpaceX 的獵鷹9號所使用的梅林1D液氧/煤油發動機，是目前我國商業航天企業研制的推力最大的液體火箭發動機，也是國內尺寸最大的3D打印發動機。

天火十二發動機結構簡單、推重比高，采用了冷氣多次起動技術、自燃點火技術、燃燒不穩定抑制技術、渦輪盤熱力組件3D打印技術等10余項關鍵創新技術，產品性能處于國際領先水平，具備深度變推、全程實時健康監測能力，可實現多模式啟動、多次點火、泵后雙向搖擺和變推力控制等功能，可重復使用次數大于50次，能滿足運載火箭重復使用、低成本發射的市場需求。

除了天龍三號基本型，天兵科技還規劃研制天龍三號重型火箭，其低地球軌道運載能力高達68噸，500千米太陽同步軌道運載能力也達到了42噸，芯一級和助推器可自主返回回收。

天龍三號原計劃于2024年首飛，但受測試事故影響，首飛計劃延遲到2025年6月。首飛成功后，天兵科技計劃在2025年內完成天龍三號遙二至遙六火箭的發射任務。

【責任編輯】諶燕

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