十四年前的8月8日，我国新一代无毒无污染大推力运载火箭长征五号正式立项，该火箭自研制之初顶层架构就确立了模块化、通用化、系列化设计理念，基于5米、3.35米、2.25米等模块优化组合成针对不同轨道运力的一系列火箭产品。

新一代无毒无污染火箭发展谱系图

这是十几年前定义新一代无毒无污染火箭的发展谱系图，如今已有不少构型方案落地，5米构型E二级半火箭对应“长征五号”，5米构型B对应“长征五号B”，小型火箭对应“长征六号”，中型二级半火箭对应“长征七号”，中型三级半火箭对应“长征七号甲”。

即将执行嫦娥五号任务的长征五号遥五火箭

然而这些并非新一代火箭的全貌，2020年11月12日，文昌航天发射场火箭总装大楼又推出了一枚新型火箭进行发射前合练，它就是长征八号。这是一款二级半火箭，由两枚2.25米直径助推器、3.35米直径一子级、3米直径二子级组成，火箭总高50.3米，发射质量约356吨。

长征八号起飞级非常类似CBC构型

就火箭体格而言，长征八号即便对比长征七号也处下风，那么前者存在的意义是什么？

首先，长征八号是一款更为纯粹的“商业化火箭”，快捷制造、操作使用便捷、低成本是该型火箭设计的基本遵循，从签约到出厂用时仅需12个月，初期量产速度即可达年产12枚，中后期年产可突破20枚，大批量生产对降低成本的效用非常明显，同时发射周期也仅需10天，可以适应高密度任务节奏。

航天科技一院新一代火箭总装基地

长征八号最大的现实意义就是弥补运力缺口，该型火箭二子级继承了长三甲系列火箭的三子级，两台YF-75高空氢氧发动机具备二次启动能力，700公里太阳同步轨道运力可达5吨级。

太阳同步轨道通常比近地轨道发射更难，例如，联盟号火箭近地轨道运力8.2吨，太阳同步轨道运力则降为4.8吨，长征二号丁火箭近地轨道运力3.5吨，太阳同步轨道运力则降为1.3吨，这又是为什么呢？

绿色实线为太阳同步轨道

太阳同步轨道是一种大倾角轨道，在遥感、气象、空间科研等领域有着极为广泛的应用，发射此类轨道需要克服地球自转线速度，加上轨道高度更高，以及倾角因素影响，因此发射难度更大。

有人纳闷了，难道我国至今尚未突破太阳同步轨道5吨级运力？问题显然没有这么简单。

长征三号乙

单就运力而言，长征五号太阳同步轨道运力可达15吨，完全能够胜任锁眼类型的重型航天器部署任务，即便是上一代长征三号乙火箭同类轨道运力也可达7.1吨。

不选择长征五号是因为杀鸡用牛刀不划算，没有成本优势。不选长征三号乙是因为目前该型火箭只能在西昌航天发射场发射，而该发射场的火箭落区并不支持太阳同步轨道任务，因此长征八号应运而生。

长征八号还有一个着眼未来的战略意义，为全面掌握垂直回收可重复使用运载火箭技术探路。

长征八号系列的回收复用型号是长征-8R

据悉，我国已经向国际电联提交了近1.3万颗卫星规模的低轨巨型互联网星座轨道和频率申请，这意味着我们将为此做好包括卫星研制生产、发射、运营等一切准备。

由此笔者不由得联想到北斗卫星导航系统建设初期与欧空局伽利略系统的频谱之争，北斗一号轨道与频谱于2000年4月18日正式提交国际电联，这个申请不仅仅是提交了就算完事，而是要在指定时间内完成卫星的发射部署，并以实现信号地面接收为验收标准。

北斗全球卫星导航系统现已建成

最终北斗一号首发星是在距离约定时间前三天发射，并在约定时间前4个小时接收卫星信号，可谓是千钧一发地赶上了全球卫星导航系统建设的末班车。

低轨巨型互联网星座当然也将遵循这一规则，在约定时间内要实现卫星的组批发射与信号接收。近1.3万颗的卫星规模并不包含因寿命到期的补网发射卫星，要将数以万计的卫星发射入轨考验最大的就是运载火箭的发射能力。

巨型天基互联网星座考验火箭发射能力

运载火箭发射能力包含了高密度发射与低成本发射两大核心能力，2018年、2019年我国连续两年摘得全球航天发射榜冠军头衔，运载火箭一月六飞也不再是奇迹，说明我们已经适应高密度发射需求，尤其是长征八号发射周期仅为10天，与之对比猎鹰-9号火箭发射周期则是30天，前者快速发射优势显而易见。

我国航天连续两年发射次数位列世界第一

那么接下来就是低成本发射需求，在我国产业链内打造的各类产品通常对比国外都有显著的价格优势，航天领域也是如此。尤其是火箭实现年产20发以上时降本增效优势更为突出，然而就商业角度而言对低成本的追求通常没有下限，在数万颗低轨互联网星座发射需求面前开发运载火箭的可重复使用技术已经是迫在眉睫。

实际上我国航天的垂直回收可重复使用运载火箭技术的开发早已在路上，航天科技一院的长征八号就是一个新起点，其改型长征-8R将具备垂直回收重复使用功能。

长征八号运载火箭

同属航天科技集团公司的八院也拿出了自己的可复用火箭型号长征-6X，由此笔者又不得不联想到在近地轨道、太阳同步轨道展开竞争的长征二号与长征四号两大系列火箭，它们分别是航天科技一院与航天科技八院的产品，如今在可重复使用领域两家将继续这一竞争态势。

有人说中国航天是看到了SpaceX公司猎鹰-9号的成功才跟风垂直回收复用，这是一种非常稚嫩的观点。首先，各国科技成果相互之间的借鉴从没有一刻停止过，比如近二十年来我国在反舰弹道导弹领域实现集群式突破获得压倒性优势之后，大洋彼岸也开始奋起直追，那么我们是不是也可以开启一波嘲讽模式？

大洋彼岸山寨东风快递

其次，航天运载工具的回收复用从来都是各国追求的目标，只不过发展路径有所差异。一个事实是早在猎鹰-9号火箭一子级2015年实现陆地回收之前我国YF-100液氧煤油发动机就进行了变推力热试车，可实现满功率的68%最低推力调节，与猎鹰-9号梅林-1D的40%最低推力调节能力是接近的。

YF-100高压补燃液氧煤油发动机

另外梅林-1D发动机也是在借鉴阿波罗载人登月飞船下降级LMDE变推力发动机的针栓式喷注器基础上研制，我国嫦娥三号/四号使用的7500N变推力发动机同样使用了针栓式喷注器，该发动机在真空条件下可实现满功率15%最低推力调节，要知道该型发动机助力我们登陆月球的时间要比猎鹰-9号实现首次陆地回收早了整整两年。

嫦娥三号底部喷口就是7500N变推力发动机

再以SpaceX引以为傲的星舰为例，这种带翼航天器早在20多年前那场事关载人航天工程的大讨论中我们就已经拿出了设计方案，只不过因为暂时的国力限制当时没有选择这一方案，如今航天一院基于液氧甲烷发动机的火箭客机也已经是重点推进项目。

为了实现航天运载工具的完全回收复用，综合当前情况来看我们选择了三条技术路线齐头并进，持续时间最长投入气力最大的当属基于组合动力的空天飞机项目，目前国内至少有两家抓总单位在推进这种可以水平起降的入轨飞行器。

组合动力试验平台

前不久航天科技集团又完成了一次史无前例的火箭基组合动力模态转换试飞；第二条路线就是运载火箭助飞级垂直回收复用，长征-8R、长征-6X、猎鹰-9号都是这条路线；再就是基于火箭助飞级的带翼航天器，可以实现运载工具的完全回收。简而言之就是一句话，大国从来不做选择题。

中国有一个天赋异禀让世界常常感到郁闷，那就是不论有什么新技术新装备被我们看一眼就能怀孕，通俗点说就是有超强的学习能力，并能基于全球最齐全的工业产业链再将这种能力转化为装备产品，进而“白菜化”，垂直回收复用火箭就是最新案例。

猎鹰-9号一子级垂直降落回收

复用火箭领域国家队有航天科技一院与航天科技八院两支战队，代表产品分别是长征-8R与长征-6X。

火箭起飞进入高空助飞级分离并建立再入返回弹道是复用领域的核心技术之一，建立返回弹道的核心装置就是栅格舵，通过栅格舵与姿控系统的联合调节可以控制助飞级姿态，为攻克这一技术航天科技一院与航天科技八院分别在各自的火箭产品中进行了实际任务验证：

长征二号丙一子级栅格舵

2019年7月26日，在遥感三十号05组卫星发射任务中长征二号丙火箭一子级验证基于栅格舵控制技术的残骸定点下落；

长征四号乙一子级栅格舵

2019年11月3日，在高分七号卫星发射任务中长征四号乙火箭一子级验证基于栅格舵控制技术的残骸定点下落。

栅格舵会在一定程度上改变火箭气动外形，需要紧贴火箭箭体安装将负面影响降至最低，还要更改火箭算法控制程序。当一子级下落时栅格舵要完成解锁、展开、按控制指令转动等一系列动作，整个过程由一个放置在十几厘米长度盒子里的新一代电气系统控制，该系统具备测量、控制、遥测遥控等功能。

栅格舵解锁展开

在火箭一子级下落过程中栅格舵要承受十倍于自身重力的冲击力，还要耐受再入时与大气高速摩擦产生的上千摄氏度高温，对栅格舵的生产制备工艺提出了严苛要求。

栅格舵要承受十倍于自身冲击力

航天科技八院栅格舵采用的是钛合金激光焊接成型工艺，它不同于猎鹰-9号火箭栅格舵的铸造成型工艺。

激光焊接工艺成型的栅格舵

航天一院则更进一步，长征二号丙火箭使用的栅格舵选择了一种全新的超塑成型工艺，该工艺对比激光焊接、铸造两种工艺，材料利用率更高，整体性更佳，这意味着它可以适应更复杂的气动环境，还能降低产品重量。

长征二号丙栅格舵

基于栅格舵控制技术两型长征火箭都完美实现了定点下落，对比无控下落区域缩小了80%，大大减轻了残骸落区地方人员疏散压力，同时为攻克复用火箭技术打下了坚实基础。

要知道两次火箭残骸定点下落任务中动力系统并不工作，因此降落速度更大，由此产生的栅格舵工况环境更恶劣，相较于标准的复用火箭降落任务弹道控制难度也更大。

长征四号乙一子级定点下落

接下来航天科技一院与八院将分别围绕长征-8R、长征-6X两型复用火箭进行详细设计，其中长征-8R将应用世界独创的助推器与一子级一体集束式再入回收方案，与之对比SpaceX公司重型猎鹰起飞级再入返回时是两枚助推器与一子级分散返回，前者任务可靠性更高，后者弹道复杂失败率高。比如重型猎鹰的两次飞行任务中就有一枚一子级回收失败。

集束式再入返回

制约垂直回收复用火箭的另一项技术瓶颈就是变推力发动机，长征-8R、长征-6X全部基于YF-100高压补燃液氧煤油发动机研制起飞级，而该型发动机早在立项研制之初就考虑到了变推力使用需求，采用了控制涡轮燃气温度的方法实现变推力调节，调节范围在68%～105%，经过改进升级后可以胜任再入返回的动力缓冲任务。

长征-8R再入返回动作分解

据长征二号丙火箭总体主任设计师牟宇披露，他们将在2025年前掌握垂直回收复用火箭的全部技术，并逐步具备工程应用能力。

在此之前还将完成一系列箭体重复使用技术实验与演示验证工作，今年9月27日～28日，航天一院12所使用孔雀飞行器完成了非程序制导控制技术飞行演示验证，攻克了基于分布式感知的力载荷与弹性模态辨识、在线轨迹规划、自适应控制等一系列关键技术，这些都是火箭垂直回收过程中使用的核心技术。

非程序制导控制技术飞行演示验证

需要指出的是2025年是航天科技一院的时间表并不是中国航天拿下垂直回收复用火箭的唯一时间表，航天科技八院的长征-6X复用火箭按照计划将于明年进行首次飞行试验。

长征-6X

长征-6X复用火箭构型对比长征六号有颠覆性变化，起飞质量由后者的103吨升级至240吨左右，总长也由29.3米升级至41米，完全摆脱了小型火箭定位，意味着新火箭不能沿用长征六号水平整体测试、水平整体星箭对接、水平整体运输起竖的“三平”测发模式，而是需要新的固定发射台架支持。

长征六号

长征-6X起飞级有2台YF-100与2台YF-115共4台液氧煤油发动机，回收过程中YF-100不工作，YF-115将承担一子级高空再入减速与着陆减速两次点火任务。复用条件下700公里太阳同步轨道运力1.5吨。

长征-6X起飞级动力：2×YF-100、2×YF-115

比较而言航天八院的长征-6X之所以快于航天一院的长征-8R，是因为技术总体难度不高，首先无需攻克YF-100大推力液氧煤油发动机多次启动难题，也不需要助推器与一子级集束式回收，垂直回收的着陆质量也远小于长征-8R。不过，通过长征-6X的研制将大大提前我国掌握回收复用火箭技术的时间。

除两支国家队外，民营航天蓝箭航天公司正在研制基于天鹊-12型80吨级液氧甲烷发动机的朱雀二号复用火箭，该火箭具备垂直回收复用潜力。星际荣耀公司研制的双曲线二号将在明年进行百公里级垂直起降试验，该公司与航天八院都有望竞逐成为我国第一个掌握垂直回收复用火箭技术的玩家。

双曲线二号

基于新时代军民融合战略，中国航天国家队与民营队正在打出一记优势互补的组合拳，比如蓝箭航天、星际荣耀都选择了液氧甲烷发动机，而且进度都很迅速，核心原因在于他们都继承了国家队的60吨级液氧甲烷发动机的技术积累，包括蓝箭航天的朱雀二号火箭也继承国家队长征二号丙火箭的箭体及构型设计。

焦点一号液氧甲烷发动机

国家队负责核心技术攻关，主导并管理商业航天市场的发展，民营航天可以倚重国家队配置的航天产业链条快速发展，成为国家队的有效补充，同时也能刺激竞争，这样一来独具我国特色的航天快速发展之路将具有领袖群伦的特殊优势。

放眼全球我们是除大洋彼岸外在火箭复用技术领域推进速度最快的玩家，也是唯一多路并举推进航天运载工具完全回收复用的玩家，回望航天起点，当重达45吨的阿波罗11号飞船搭载三名宇航员执行载人登月任务时，我们0.173吨重量的东方红一号近地轨道卫星还没有发射，以如此羸弱的起点走到今天不得不说是世界航天史的奇迹。

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