2026年8月19日,甘肃民勤。
一枚66米长的不锈钢柱子从高空再入大气层,在超声速气流中一路减速,逼近着陆场上空。
底部三台发动机点火,火焰扫过地面,沙尘腾空,然后它站住了。
四条着陆支腿弹出、锁死、轻微回弹,缓冲装置吸收了最后的冲击能量,66米的柱子稳稳的立在着陆场上。
几分钟后,一辆履带式检测设备从远处碾过来,接近火箭底部。安全确认完毕,地面人员才到跟前。
这是我们中国第一枚完成陆地垂直回收的入轨级运载火箭一子级:蓝箭航天的朱雀三号遥二。
大概一个月前,航天科技集团的长征十号乙已经在海上平台通过网系捕获完成了一子级回收。
两条技术路线,几乎前后脚都跨过了各自的验证门槛。
着陆画面全网都刷到了。但今天我们不喊口号,聊三笔账。
力学账,按公开参数推算,为什么这枚火箭在着陆末段大概率连悬停都做不到?
材料账,为什么放着铝锂合金不用,偏偏选工业级不锈钢?
产能账,为什么说产能瓶颈,可能比单发价格更先卡住脖子?
油门最低挡仍然太猛?
我们先用公开参数算一笔账。
看了着陆视频,很多人大概以为:火箭像直升机一样悬停在空中,微调位置,轻轻这么下来的。
R按蓝箭公开的发动机数据来算一下,情况可能不是这样。
朱雀三号起飞总重约560吨,9台天鹊-12A发动机总推力7542 kN。
在一二级分离后,一子级上绝大部分推进剂已经烧完,只剩结构自重加一点残余的燃料。
参考行业内对猎鹰9号一级干重的公开估计(大概是22到25吨,SpaceX未官方披露),朱雀三号4.5米直径不锈钢箭体可能略重,着陆质量大致在25到40吨之间。
注:蓝箭尚未公开遥二的精确着陆质量,25–40吨是参照猎鹰9号干重并考虑不锈钢结构和残余推进剂的估计区间。这不是遥二实测数据。
想在空中悬停,发动机推力必须精确等于火箭当时的重力。
假设着陆质量为 30 吨,重力约 294 kN。
天鹊-12A单台海平面推力约 830 kN(84.6吨力)。蓝箭在试车中公开验证的推力调节范围是50%到110%。按这个范围的最低值算,50%节流对应单台约 415 kN。
415 kN是远大于294 kN的。
即使着陆质量到40吨(重力约392 kN),50%节流的415 kN仍然是大于重力。
注:50%是蓝箭公开试车已验证的调节下限,实际飞行中的实际最低推力可能还会更低。但是在这组公开参数下,着陆段单台推力大于箭体重力是推算得到的结果。
如果确实无法持续悬停,着陆制导就只剩一个很小的操作窗口:
点火偏早,火箭减速后推力仍然过剩,虽然可以靠节流和提前关机来补救,但是推进剂余量会被急剧压缩。点火偏晚,减速不够,触地速度过高,超出着陆腿缓冲装置的承受范围。
最好的做法是制导系统实时算出点火时刻和推力曲线,让火箭在快要触地的瞬间把速度压下来。
蓝箭VTVL-1试验公开的接地速度是 1.65 m/s,不是数学上完全归零的速度,剩下的冲击能量交给四条着陆腿的缓冲装置去吸收。
这种末段反推减速的操作,在航天爱好者社区和媒体中常被叫做"Hoverslam"或是"一脚刹车"。不是正式的行业术语,但是却很形象,用来描述这种点火窗口极小,制导精度要求极高。
图注:朱雀三号 VTVL-1
制导算法:怎么实时算出点火方案?
着陆段的最优控制问题很棘手:发动机推力有上下限,火箭倾角有约束,还要保持在允许的飞行范围内。传统的优化算法算起来很慢,还不一定能算出来,对飞控系统的实时性要求很难满足。
这个问题有一个很巧妙的数学突破口。前NASA科学家 Behçet Açıkmeşe 等人提出了"无损凸化"方法(Lossless Convexification)。核心思路是通过数学变换,把原本很难算的问题转化成一类结构规整、计算机能快速可靠求解的凸优化问题。关键在于,这个转化在特定条件下被严格证明不丢信息,所以叫"无损"。
NASA技术报告显示,包括SpaceX在内的多家航天公司使用过凸优化相关的制导方法。蓝箭公开的表述是"在线轨迹优化"和"在线制导控制算法",具体采用哪种实现方案未有披露。
栅格舵和发动机的分工
火箭再入大气层时的速度很高,动压也很大。这个阶段的姿态控制主要靠箭体上的4片栅格舵,在高速气流里它们能产生很大的控制力矩来修正侧向的偏差。
随着火箭减速,动压急剧下降,栅格舵提供的控制力越来越弱。
蓝箭公开的方案是栅格舵、冷气姿控喷管(RCS)和发动机推力矢量(GTVC)三套控制手段联合工作。从一般空气动力学来推断,速度越低,气动舵面作用越弱,发动机喷口摇摆承担的比重就越大。
不锈钢的材料账
图注:朱雀三号 VTVL-1 大型垂直起降试验箭
朱雀三号的箭体结构采用高强度不锈钢。
很多人的第一反应可能是铝锂合金更轻,同样重的一块料能扛住的力也更大(这个指标叫"比强度",就是强度除以密度),为什么不用?
我们仔细想一下就知道,选不锈钢看的是一笔更长远的账。
铝合金的温度上限
航空航天级铝锂合金确实是轻,干质比好。但是铝合金怕热,以常见航空航天级铝合金为例,温度超过大约 200℃ 以后,强度就开始明显往下掉了。
一子级再入大气层时迎风面会被气动加热,如果用铝合金,就必须额外加一套热防护系统(TPS)。
航天飞机就是一个现成的参照。轨道器每次返回后,TPS的检查和维修是地面周转里最花时间的。当然,航天飞机的高运营成本是TPS、主发动机、固体助推器和地面设施这些东西叠在一起造成的,TPS只是其中的一个大头而已。
不锈钢能扛多少热?
以典型的高强度不锈钢为参照,熔点比铝合金高得多,在六七百度的温度下仍然能保持相当的结构强度(具体取决于牌号和热处理状态)。
不锈钢耐温更高,可能降低热防护的复杂度和覆盖面积,但是不等于完全不需要热防护。
蓝箭遥二官方通稿写到"优化了极端力热环境及防护设计",副总设计师董锴在访谈中提到遥二"把防热结构做得更强"。
朱雀三号照样有热防护结构,只是结构材料本身更为耐热,防护做起来可以没那么复杂,飞完之后的翻修负担也可能更轻。
翻修工时决定周转速度,周转速度决定一年能飞几发。这笔账算不过来,经济模型就跑不通。
低温下的额外好处
不锈钢还有一个好处。火箭储箱里装的是液氧(-183℃)和液甲烷(-161℃)。很多金属在这种温度下会变脆。但如果从一般材料学来看,有些类型的不锈钢(如奥氏体系)在低温下强度和韧性不降反升,对储箱来说,这是白捡的安全裕度,蓝箭未公开朱雀三号的具体钢的类型。
真正的工艺难点:把大直径薄壁焊起来
不锈钢原材料比铝锂合金要便宜得多。按蓝箭公开的数据,不锈钢储箱比铝合金储箱制造成本降低约 80%,生产周期缩短约 40%。注意,这里比的是"储箱制造"这一项,不是整枚火箭。全箭还包括发动机、飞控、二级、整流罩和总装测试。
但是工艺难度不在材料本身,而是在于焊接。朱雀三号储箱直径 4.5 米,蓝箭称之为"超薄壁"结构。直径这么大、壁又这么薄,传统焊接的高温会把薄壁烤变形。董锴在访谈中提到,长筒段焊完可能从圆变成椭圆。
蓝箭天马实验室的办法是用自动化激光焊接。焊接会让金属变形大约 2 毫米,团队就让焊接机器人提前把这个偏差补偿进运动路径里,再加上对板材焊接温度的控制,靠不断积累数据把工艺往上磨。
把工业级大宗材料焊成航天级精密压力容器,这个工艺攻关本身就是一道门槛。
液氧甲烷:选推进剂也在算翻修的账
朱雀三号用液氧加液甲烷,猎鹰9号用液氧加煤油,两者在复用维护上的关键差异是积碳。
煤油是多碳长链烃,高温燃烧时会裂解出游离碳,可能沉积在发动机内部管路上,增加飞后维护负担。
甲烷(CH₄)是最简单的单碳烃,燃烧产物清洁的多。蓝箭也在采访中的说法是"基本不产生积碳"。
积碳少,发动机飞完之后的维护工作量可能会减少。但是发动机复用要操心的远不止积碳,涡轮泵轴承、密封件、阀门、点火系统都有疲劳寿命限制,飞后检测和维护工作量还是不可忽视的。
减少积碳维护和免维护直接复用是两回事。
还有一个物理上的巧合,液氧沸点是-183℃,液甲烷是-161℃,温差只有22度。两者的沸点这么接近,对储箱的热设计很有帮助,液氧箱和液甲烷箱之间有可能共用一个箱底(叫"共底储箱"),减少一个独立箱底和箱间段的重量。
共底本身还是需要隔热设计的,但是整体结构比分立储箱更紧凑。当然,最终能不能用、怎么用,还要看具体任务需求,但起码比液氢液氧组合(温差超过70度)的先天条件好得多。
从遥一到遥二,一次飞出来的改进
在2025年12月3日,朱雀三号遥一首飞,并入轨成功,但是一子级在着陆段出现异常,国家航天局的公开说法是"异常燃烧",未能软着陆。
图注:朱雀三号遥一重载火箭任务现场
据董锴在晚点LatePost的访谈,蓝箭次日就拿到了遥测数据,随后用了大约两到三个月做技术归零。
团队坚持"有罪推定"和"孤证不立"的排查原则,系统排查了尾舱的燃料积聚和着火条件。
遥二针对这些问题做了两项公开的改动:
第一,清理尾舱里的可燃气体。遥二在尾舱内增加了气瓶,着陆点火前先做抽气处理,降低可燃气体浓度。同时加强了尾舱的防热结构。
第二,着陆点火方案做减法。从遥一的5台发动机减到3台(中心1台加外圈对称2台),最后只留中心1台完成着陆。
那为什么敢减?遥一的实飞数据证明气动减速效果足够。多开两台发动机,就多了两个可能出毛病的地方。董锴的原话是多开的发动机也可能出故障甚至爆炸。
这背后的工程判断是冗余不是在所有场景下都等于更安全。在着陆点火这件事上,气动减速已经把速度降够了,多点两台发动机带来的故障风险,可能反而比冗余本身带来的安全感更大。
当然,在其他子系统上,蓝箭遥一通稿写到了"混合冗余分布式综合电子",该有冗余的地方一样还是有的。
董锴在访谈中还谈到供应链和验证思路,比如引入车规级工业元器件来拓宽供应链、拿实飞遥测数据作为认证依据。
这些选择各有各的工程考量,但是总体方向一致,都是用实际数据说话,把资源集中在真正影响任务成败的环节上。
频轨时间表与机队算账
回收火箭当然好,但是为什么这么急?
原因不止一个,成本、产能、市场都在推。不过其中一个外部时钟挂在天上:国际电信联盟(ITU)的频轨里程碑机制。
ITU的倒计时
ITU管的是全球卫星频率和轨道位置这种稀缺资源。低轨星座申报频轨后,有大约7年的准备时间,7年一到,开始考核:
2年内,部署完申报总数的10%;
5年内,部署完50%;
7年内,部署完100%。
没达标的,ITU会按规则调整你已登记的卫星数量和相关频率指配。对已经砸了大量资源的星座项目来说,这不是纸上谈兵。
我们有两个万星级星座正顶着这张时间表:
GW国网星座:规划约 1.3 万颗卫星
千帆星座(G60/垣信):规划约 1.5 万颗卫星
具体每年要飞多少,还是取决于星座的申报时间、单星质量和火箭运力,变量很多。
做一个粗略的估算,在万星组网的高峰期,哪怕按单发火箭能搭载十几甚至几十颗卫星的拼车能力来算,要想每年稳定送数百颗卫星入轨,年发射频次也得拉到几十发的规模。
产能可能比成本更先卡住脖子
据董锴估算,2023到2024年全中国每年入轨总质量大约160吨。同期按SEC的披露,SpaceX 2023年入轨约1210吨,2024年约1700吨,靠的就是猎鹰9号一子级反复回收、反复飞,一年能飞上百次。
如果全靠一次性火箭来发射这些卫星,火箭可能还没嫌贵,就先造不过来了。
可回收火箭的价值不止省钱,一子级反复飞,就不用反复造。省钱是结果,产能才是核心。
复用算账的分水岭
董锴的说法是"如果收回来要调四五个月才能复飞,那还不如新造一发快。"按蓝箭目前的产能,几十天就能造一发新火箭。所以回收之后的翻修时间必须比造新火箭更短,复用才有实际意义。
他算了一笔账,10枚一子级组成的机队,每枚每两个月周转一次,一年就能飞60次。如果周转压到每月一次,那就是120次。
"周转比制造快",这才是回收火箭能不能当商业工具用的硬门槛。
中国复用火箭版图
朱雀三号并非是孤军作战,多条技术路线正在同时推进:
长征十号乙(航天科技一院):5.0米直径,液氧煤油,2026年7月10日在海上平台用网系捕获回收了一子级。国家队重型复用主力。
朱雀三号(蓝箭航天):4.5米直径,不锈钢加液氧甲烷,2026年8月19日完成首次入轨级陆地支腿回收。
长征十二号甲(航天科技八院):3.8米直径,液氧甲烷,在2025年12月二级成功入轨,一子级回收未成功。
天龙三号(天兵科技):3.8米直径,液氧煤油,大型商业组网主力。
陆地支腿、海上平台、网系捕获,多条路线并行,未来可期。
图注:长征十二号甲外观
图注:长征十号乙一级海上网系回收任务现场
朱雀三号遥二立在甘肃民勤的着陆场上。
这次遥二完成了入轨和一子级陆地软着陆,这是我们入轨级火箭的第一次陆地垂直回收,是一个扎扎实实的工程里程碑。但是回收箭状态怎么样、翻修要多久、部件还能用几次、复飞靠不靠谱、单次成本到底降了多少,这些账要等它真正复飞之后才能开始算。
蓝箭自己也说了,下一步是检查、复用验证和打好商业应用的基础。
回收这一关过了,复飞和周转的账本,刚刚翻开第一页。
剩下的就是慢慢迭代吧。一枚一枚地飞,一次一次地修,把周转周期一步步往下压。
不过有一件事不需要等,从遥一着陆异常到遥二稳稳地回收,中间只隔了 8 个月。这 8 个月的时间就把一次异常燃烧变成一次干净利落的陆地回收。
加上一个月前长征十号乙的海上回收,我国在30天内用两条不同的技术路线各跑通了一次入轨级一子级回收。
这个迭代速度本身就是账本上第一笔非常漂亮的账。
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