2030年！中国火箭运载能力将赶超“猎鹰重型”

关注美国“猎鹰重型”成功发射消息的同时，国人还想知道：中国火箭运载能力如何？什么时候能够赶超“猎鹰重型”呢？

美国“猎鹰重型”的成功发射是人类航天史上的重大突破，國内被此消息刷屏的人则更想知道：中国何时也能发射像“猎鹰重型”这样的火箭？“猎鹰重型”的先进技术中，哪些中国可以借鉴？它带给我们的启示又是什么？

预计2030年首飞

根据火箭院公布的《2017-2045年航天运输系统发展路线图》，我国重型运载火箭计划于2030年前后首飞。此前《2016中国的航天》白皮书发布会上曾透露，备受瞩目的中国重型运载火箭拟命名为“长征九号”。也就是说，大约10年后，“长征九号”运载火箭将飞天，运载能力超过“猎鹰重型”火箭。

当然，像火箭这种涉及基础学科和工业化水平的领域，并不能一朝一夕就追赶上美国。中国运载火箭技术研究院（以下简称“火箭院”）型号系列总师龙乐豪院士说，要客观看待中美之间的差距，但也要看到，两国的差距正在缩小。

“长征九号”规模更大

“猎鹰重型”：起飞质量约1420吨，最大直径3.66米，近地轨道运载能力为63.8吨。

“长征九号”：起飞质量达3000吨，最大直径约10米，近地轨道运载能力大于百吨，是现有中国火箭最大运载能力的4倍多。“长征九号”的结构和尺寸质量均将突破我国现有运载火箭能力水平，是支撑中国航天强国建设的重要标志和里程碑。

时任中国运载火箭技术研究院院长的李洪在2018年3月4日接受记者采访时评价，其可以满足未来我国深空探测、载人月球探测等重大航天发射的任务需求。

李洪还表示，“猎鹰重型”的发动机并不先进，在我国所有运载火箭的型谱当中也可以达到同样的能力，“差距在哪儿呢？它发动机的性能和特点决定了它可以变化推力，但我们的发动机目前还没有这么大的变推力，采取系统的方案进行回收。”

李洪还提到，“猎鹰重型”值得学习的还有安全性方面的设计和考虑，比如无人值守，“目前我们新一代的火箭已经朝着这个方向走，但是上一代的火箭还做不到。整体来讲，‘猎鹰重型在集成创新理念和方法上值得我们学习和借鉴”。

中国处在技术攻关阶段

航天界有句行话：“运载火箭的能力有多大，航天的舞台就有多大。”

火箭院型号顾问黄春平形象地将火箭比作进入太空的“云梯”，“没有运载能力更强的火箭，就像人上楼没有电梯一样，爬不高、走不远。中国航天由大到强，火箭要先行。我们要变压力为动力，迎头赶上，加快推动重型运载火箭的立项和研制，一步一步往前迈，把我国的重型运载火箭早日送上天。”

“猎鹰重型”此次“处女飞”，同时成功回收了两枚助推器。未来中国重型运载火箭可以实现重复使用吗？火箭专家们表示，目前我国也已经开始研制可重复使用火箭，而中国重型运载火箭正在开展前期技术攻关，处于“关键技术攻关及方案深化论证”阶段，是否可重复使用尚未最终确定。

哪些技术中国能用？

“猎鹰重型”火箭采用的新技术很多，最主要的技术有3项。这些先进的技术中国能不能用上呢？ 火箭院专家告诉你答案：有的可以，有的不可以。

28台发动机“凑”出最大推力——可靠性不高，不用

“猎鹰重型”是现役运载能力最大的火箭，发射时可产生约227万千克的推力，相当于18架波音747飞机，能将约64吨载荷送入近地轨道。全箭共使用了28台相同的Merlin 1发动机，它也是世界上成功发射的火箭里发动机台数最多的一型火箭。

既然发动机台数越多，推力就越大，中国研制重型火箭是不是可以直接效仿？然而，理想很丰满，现实很骨感。火箭院运载火箭专家秦旭东介绍说：“发动机台数的增多，必然会带来系统可靠性的降低。”最典型的例子，就是前苏联研制的登月火箭N-1，其一子级使用了30台发动机，4次发射均告失败。

为了提高可靠性，SpaceX公司采用了动力冗余技术，把“猎鹰重型”推力做的有富余，在一台或多台发动机出现故障后，仍能继续执行主发射任务。但是，一旦发动机发生故障，火箭便无法达到最大运载能力。这次“猎鹰重型”发射前，SpaceX公司总裁埃隆·马斯克也承认：“此次首飞成功的概率仅有50%。”

中国重型火箭的研制结合我国国情，选择了“大推力、少台数”的方案。秦旭东介绍，我国重型火箭将采用500吨级的大推力液氧煤油发动机。当发动机数量降下来后，出现问题的概率自然随之降低，可靠性也就有了保证。

火箭可回收技术——降低成本，可用

“猎鹰重型”的发射视频中，呈现了仿佛科幻片般的场景：火箭的两个助推器像筷子一样先后立在了着陆场，这就是“猎鹰重型”采用的垂直回收技术。按照计划，火箭芯级将返回海上驳船回收，但最后未能成功。

SpaceX公司回收火箭，成功过多次，也失败过多次，表明这项技术还不像发射火箭一样成熟。火箭院运载火箭专家陈风雨说，火箭本身的成本占据发射成本的70%以上，如果火箭回收技术成熟，将大大降低人类进入太空的“门槛”，可以说谁先掌握了这项技术，谁就将掌握未来商业航天发射的主导权。

秦旭东介绍，我国重型火箭的研制，将借鉴这种垂直回收的思路。不仅如此，目前我国重型火箭已经开始了可回收的方案设计和论证，还会充分“移植”其他型号相关关键技术的攻关成果。此外，我国还可能采用SpaceX公司类似的思路，实现芯级模块或助推器模块降落到某个特定位置的功能，从而进一步推进火箭的可重复使用。

发动机节流技术——提升运载能力，可用

“猎鹰重型”火箭的助推器和芯一级体积相同，加注量是一样的，按道理应该同时燃尽，但从实际发射视频可以看到，助推器先分离后，芯一级又工作了30秒，这就是SpaceX公司的另一项创新性技术：发动机节流技术。陈风雨解释说：“这是为了保证一子级与助推器分离时，芯级仍有足够的推进剂，达到延长芯级飞行时间、提升火箭运载能力的目的。”

秦旭东说，目前我国现役运载火箭还没有运用这项技术，但对于我国重型火箭新研制的发动机，专家们也曾提出在飞行过程中通过节流，让火箭性能更优。相信在我国科研人员的共同努力下，中国也能在未来火箭中应用这一技术。

显然，对于中国来说，SpaceX公司的成功经验有着很高的学习和参考价值，但中国重型火箭的研制不会也不能完全照搬“猎鹰重型”火箭的先进技术，中国会结合长征系列运载火箭，特别是后续新研火箭的任务需求来开展研制工作，发展自己的技术。

在前进中学习先进，在学习中发展自己，坚持不懈，未来可期。

秦旭东表示：“我国重型火箭首飞成功以后，运载能力能达到‘猎鹰重型火箭的两倍左右，将进一步提升我国进入空间的能力，支撑我国建设航天强国目标的实现，使我国进入世界航天第一梯队行列。”

SpaceX带给中国火箭的启示

作为发射“猎鹰重型”的公司，SpaceX给中国火箭发展提供了不少启示。

启示1：简化系统，采用成熟技术

火箭院飞行器弹道专家余梦伦院士认为，“猎鹰重型”火箭的成功，为中国火箭的发展提供了一种新思路。

“猎鹰重型”火箭一级和助推器及二级均采用了同一种Merlin1发动机，全箭共计使用28台Merlin1发动机、一级和助推器箭体采用与“猎鹰9”型相同构型，均为成熟技术，可以节约大量成本和研制时间。余梦伦院士说，这其实与我国20世纪90年代发射的长二捆火箭设计思路不谋而合。“长二捆火箭一级捆绑4个助推器和二级均采用同一种发动机，是世界上第一型用一种发动机构建的运载火箭，开创了历史先河。如今，‘猎鹰重型火箭的成功再次证明，未来运载火箭发展应从系统简化角度出发，采用成熟技术，缩短研制周期，降低发射成本。”

启示2：加快可重复使用技术研究

“猎鹰重型”的一级和助推器部分由3个模块并联组成，其中两台外挂助推器均为“二手”火箭重复使用，龙乐豪院士认为这是“猎鹰重型”最大的技术亮点。

“虽然其芯一级海上回收失败，但这条路已经走通了，可回收技术假以时日肯定会更加完善。我国也要加快火箭重复使用技术研究步伐，尤其是新一代运载火箭使用无毒无污染推进剂，具有回收利用的先天基础和优势，更应加速推进可重复使用，以应对当前及今后高密度发射的形势，同时降低火箭发射成本，提高中国航天的竞争力。”龙院士表示。

启示3：要创新就要容許试错

航天是高技术、高风险的事业。20世纪六七十年代，采用30台发动机并联技术的苏联N-1运载火箭4次发射均以失败告终，加之美国已经实现载人登月，苏联只得取消这一工程，而SpaceX“猎鹰重型”火箭的成功则证明了多台发动机并联是可行的。火箭院型号总师宋征宇从中看到的是创新的规律：“创新性越强，意味着风险越大，要创新，就要容许试错。”

火箭院运载火箭专家陈风雨表达了类似的观点。他说：“这启发我们要用发展眼光看问题。中国航天处于爬坡追赶期，我们既要敢于创新，过程严谨，同时也要客观看待中国航天的基础和工业技术水平，宽容失败。只要瞄准目标，坚持正确方向，终能守得云开见月明。”

启示4：技术突破需要坚持不懈

在“猎鹰重型”最终成功的道路上，SpaceX付出了大量的心血，也曾经遭遇巨大挫折。宋征宇表示，“猎鹰重型”芯一级没有能够成功回收，该公司在垂直回收方面失败了多次，也成功了多次，说明这项技术还未能像发射火箭一样成熟。而技术的突破不是一朝一夕的事，要有长期的投入并坚持不懈，有些技术靠“弯道超车”是难以掌握的。我们应该从基础做起，避免急躁情绪。