在商業航天領域,中國正以蓬勃之勢邁向新的發展階段。當眾多目光聚焦于傳統火箭回收技術時,一家名為千億航天(Nayuta Space)的中國民營火箭公司,正憑借獨特的技術路徑,在火箭回收領域掀起新的波瀾,試圖為商業火箭復用開辟一條全新道路。
目前,全球商業航天領域,SpaceX的垂直回收(VTVL)技術堪稱標桿。垂直起降,即火箭垂直起飛后垂直降落,通過這種方式實現子級回收與重復利用。SpaceX的獵鷹9號便是這一技術的典型代表,其優勢顯著,回收著陸精度極高,著陸沖擊小,能確保包括一級發動機等核心部件在內的箭體整體無損傷回收。而且,按照SpaceX的規劃,火箭發射與垂直起降共用同一發射臺,大大提升了運載效率。憑借這些綜合商業應用價值,垂直起降回收路線成為眾多公司效仿的“通解”。
然而,垂直回收技術并非毫無挑戰。它對發動機要求苛刻,發動機需在極端工況下實現多次可靠啟動,還要具備推力的深度連續調節能力,這需要長時間的研發積累。同時,回收階段需預留燃料用于減速制動,這部分燃料會占用有效載荷的10%到15%,這在一定程度上限制了火箭的運載能力。
在此背景下,千億航天另辟蹊徑,選擇了氣動減速技術方向。這并非對垂直回收路線的否定,而是基于不同技術邏輯與適用場景的審慎判斷。從技術演進角度看,氣動減速在特定場景中具有不可替代的價值。以二子級的飛船/火箭回收為例,由于二級再入速度高達25馬赫左右,面臨3000度左右的嚴苛熱環境,無法通過預留多余推進劑實現減速,目前全球現役所有二級飛船/火箭均采用氣動減速技術實現返回,如神舟飛船、SpaceX龍飛船及星艦、NASA現役的獵戶座飛船、俄羅斯聯盟號飛船等。這意味著,若要實現火箭一二級全復用,氣動減速是重要技術方向,既適用于二級回收,也可應用于一級,與垂直回收技術共同構成火箭回收技術的完整體系。
千億航天提出的“氣動減速 - 水平著陸 ADHL(Aerodynamic Deceleration - Horizontal Landing)”技術方案,融合了高超聲速飛行器與戰斗機的設計理念。在返回階段,該方案利用大氣阻力實現火箭氣動減速。簡單來說,就是讓火箭一級在返回大氣層時,借助空氣阻力減速,而非完全依賴發動機反推,如同飛機降落時放下襟翼增加阻力、降低速度,而非一直依靠發動機“剎車”。
這一思路看似簡單,實則對火箭設計標準提出諸多新挑戰。其中,在大氣阻力作用下精準控制火箭箭體難度極大,要確保這個龐然大物在空中不俯仰偏轉,穩穩飄回地面。火箭一級與上面級分離時,速度超過馬赫數5,以每秒近兩公里的速度沖向大氣層,此時空氣如同一堵墻。如何利用這堵墻減速而不被撕裂,是氣動設計師們長期研究的課題。千億航天的解決方案是在一級箭體上設計獨特氣動外形——可調節翼面。這些結構在回收階段不斷調整箭體飛行姿態與軌跡,最大化利用大氣阻力進行被動減速,使火箭像落葉一樣“滑翔”。這一過程需要極其精密的控制,姿態偏差一度,大氣阻力產生的熱量就可能超過材料極限;軌跡偏差一毫,落點就可能偏離跑道數十公里,且這一切都發生在大氣層邊緣的幾分鐘內。
依據ADHL技術原理,火箭一子級再入后,以“傾斜姿態”大攻角飛行,像風箏一樣借助大氣阻力減速,將速度從高超音速(超過3000米/秒)降至亞音速(約260米/秒),最后20秒點火實現水平著陸。這種“借力打力”的思路帶來關鍵優勢,即無需發動機多次點火減速,大幅減少了為回收預留的燃料。
從數據上看,ADHL方案優勢明顯。大攻角下箭體阻力系數可從傳統錐體的0.5提升至2.1。以千億航天主力型號「玄鳥 - R」為例,直徑3.8米的箭體,在30公里高度、6馬赫速度下,氣動阻力可達71.76噸,能在52秒內將速度從2800米/秒降至500米/秒,其70°大攻角姿態控制已通過多次仿真迭代驗證。與垂直回收相比,ADHL方案對發動機依賴大幅降低,點火次數從3次減至1次,點火時長從60至90秒縮至10至20秒,對發動機推重比、深度調節能力等環節敏感度較低,可直接適配現有供應鏈。
ADHL技術方案的可行性,得益于我國在高超聲速飛行器、先進戰斗機等重大工程中積累的領先能力體系,包括氣動設計、控制算法、熱防護技術、試驗驗證平臺,以及一批經驗豐富的頂尖人才。千億航天團隊核心骨干多來自這些領域,他們將在國家重大工程中積累的經驗有效遷移至火箭控制領域,形成獨特技術優勢,為ADHL技術落地奠定基礎。
技術探索最終要回歸商業邏輯檢驗。垂直回收成為主流,因其證明火箭復用在經濟上可行,SpaceX的獵鷹9號開創了火箭發射、回收、再發射的先河。但在成本敏感的市場中,運力損失仍有優化空間。ADHL技術切入點在于,在實現復用的同時最大限度保留運力,使火箭制造成本可分攤到更多次發射中,降低單次發射成本。千億航天團隊表示,要打造天地往返的平民化交通工具,通過降低進入太空成本,重新定義個體與太空資源的連接方式。其背后邏輯是,當發射頻率足夠高時,決定成本的關鍵是火箭全生命周期創造的價值。
當前,我國兩大巨型星座正在密集部署,GW星座規劃約1.3萬顆衛星、千帆星座規劃約1.5萬顆衛星,合計2.8萬顆。按10年部署周期粗略測算,年均需完成數百次發射。在此背景下,行業與資本市場逐漸關注性價比更高、更具可執行性的技術方案,真正值得關注的是未來高頻次發射市場中,誰能提供更純粹運力、更低單次成本。
據悉,千億航天的“玄鳥 - R”全尺寸試驗箭已生產完畢。這枚火箭外形與常見圓柱體不同,多了為ADHL技術設計的四個翼面,這些獨特設計是氣動減速水平著陸方案的物理載體。接下來,該火箭將進行地面試驗、低空縮比試驗,再到全流程試車驗證。若進展順利,我們將很快看到這枚火箭在天空完成“滑翔”回家的畫面,這將是ADHL技術從概念走向工程驗證的關鍵一步。
值得一提的是,ADHL技術水平著陸特性,天然適合未來地外/外星空間站貨物精準返回。在空間站貨物返回場景中,精準降落在跑道上比海上回收或沙漠著陸更可控,對貨物沖擊更小;在亞軌道太空旅游中,乘客需要平穩、低過載飛行體驗,水平著陸比垂直沖擊更友好。這些延伸方向,讓ADHL技術想象空間遠不止于“運衛星”。









