十四年前的8月8日，我國新一代無毒無污染大推力運載火箭長征五號正式立項，該火箭自研製之初頂層架構就確立了模塊化、通用化、系列化設計理念，基於5米、3.35米、2.25米等模塊優化組合成針對不同軌道運力的一系列火箭產品。

新一代無毒無污染火箭發展譜系圖

這是十幾年前定義新一代無毒無污染火箭的發展譜系圖，如今已有不少構型方案落地，5米構型E二級半火箭對應“長征五號”，5米構型B對應“長征五號B”，小型火箭對應“長征六號”，中型二級半火箭對應“長征七號”，中型三級半火箭對應“長征七號甲”。

執行嫦娥五號任務的長征五號遙五火箭

然而這些並非新一代火箭的全貌，2020年11月12日，文昌航天發射場火箭總裝大樓又推出了一枚新型火箭進行發射前合練，它就是長征八號。這是一款二級半火箭，由兩枚2.25米直徑助推器、3.35米直徑一子級、3米直徑二子級組成，火箭總高50.3米，發射質量約356噸。

長征八號起飛級非常類似CBC構型

就火箭體格而言，長征八號即便對比長征七號也處下風，那麼前者存在的意義是什麼？

首先，長征八號是一款更爲純粹的“商業化火箭”，快捷製造、操作使用便捷、低成本是該型火箭設計的基本遵循，從簽約到出廠用時僅需12個月，初期量產速度即可達年產12枚，中後期年產可突破20枚，大批量生產對降低成本的效用非常明顯，同時發射週期也僅需10天，可以適應高密度任務節奏。

航天科技一院新一代火箭總裝基地

長征八號最大的現實意義就是彌補運力缺口，該型火箭二子級繼承了長三甲系列火箭的三子級，兩臺YF-75高空氫氧發動機具備二次啓動能力，700公里太陽同步軌道運力可達5噸級。

太陽同步軌道通常比近地軌道發射更難，例如，聯盟號火箭近地軌道運力8.2噸，太陽同步軌道運力則降爲4.8噸，長征二號丁火箭近地軌道運力3.5噸，太陽同步軌道運力則降爲1.3噸，這又是爲什麼呢？

綠色實線爲太陽同步軌道

太陽同步軌道是一種大傾角軌道，在遙感、氣象、空間科研等領域有着極爲廣泛的應用，發射此類軌道需要克服地球自轉線速度，加上軌道高度更高，以及傾角因素影響，因此發射難度更大。

有人納悶了，難道我國至今尚未突破太陽同步軌道5噸級運力？問題顯然沒有這麼簡單。

長征三號乙

單就運力而言，長征五號太陽同步軌道運力可達15噸，完全能夠勝任鎖眼類型的重型航天器部署任務，即便是上一代長征三號乙火箭同類軌道運力也可達7.1噸。

不選擇長征五號是因爲殺雞用牛刀不划算，沒有成本優勢。不選長征三號乙是因爲目前該型火箭只能在西昌航天發射場發射，而該發射場的火箭落區並不支持太陽同步軌道任務，因此長征八號應運而生。

長征八號還有一個着眼未來的戰略意義，爲全面掌握垂直回收可重複使用運載火箭技術探路。

長征八號系列的回收複用型號是長征-8R

據悉，我國已經向國際電聯提交了近1.3萬顆衛星規模的低軌巨型互聯網星座軌道和頻率申請，這意味着我們將爲此做好包括衛星研製生產、發射、運營等一切準備。

由此筆者不由得聯想到北斗衛星導航系統建設初期與歐空局伽利略系統的頻譜之爭，北斗一號軌道與頻譜於2000年4月18日正式提交國際電聯，這個申請不僅僅是提交了就算完事，而是要在指定時間內完成衛星的發射部署，並以實現信號地面接收爲驗收標準。

北斗全球衛星導航系統現已建成

最終北斗一號首發星是在距離約定時間前三天發射，並在約定時間前4個小時接收衛星信號，可謂是千鈞一髮地趕上了全球衛星導航系統建設的末班車。

低軌巨型互聯網星座當然也將遵循這一規則，在約定時間內要實現衛星的組批發射與信號接收。近1.3萬顆的衛星規模並不包含因壽命到期的補網發射衛星，要將數以萬計的衛星發射入軌考驗最大的就是運載火箭的發射能力。

巨型天基互聯網星座考驗火箭發射能力

運載火箭發射能力包含了高密度發射與低成本發射兩大核心能力，2018年、2019年我國連續兩年摘得全球航天發射榜冠軍頭銜，運載火箭一月六飛也不再是奇蹟，說明我們已經適應高密度發射需求，尤其是長征八號發射週期僅爲10天，與之對比獵鷹-9號火箭發射週期則是30天，前者快速發射優勢顯而易見。

我國航天連續兩年發射次數位列世界第一

那麼接下來就是低成本發射需求，在我國產業鏈內打造的各類產品通常對比國外都有顯著的價格優勢，航天領域也是如此。尤其是火箭實現年產20發以上時降本增效優勢更爲突出，然而就商業角度而言對低成本的追求通常沒有下限，在數萬顆低軌互聯網星座發射需求面前開發運載火箭的可重複使用技術已經是迫在眉睫。

實際上我國航天的垂直回收可重複使用運載火箭技術的開發早已在路上，航天科技一院的長征八號就是一個新起點，其改型長征-8R將具備垂直回收重複使用功能。

長征八號運載火箭

同屬航天科技集團公司的八院也拿出了自己的可複用火箭型號長征-6X，由此筆者又不得不聯想到在近地軌道、太陽同步軌道展開競爭的長征二號與長征四號兩大系列火箭，它們分別是航天科技一院與航天科技八院的產品，如今在可重複使用領域兩家將繼續這一競爭態勢。

有人說中國航天是看到了SpaceX公司獵鷹-9號的成功纔跟風垂直回收複用，這是一種非常稚嫩的觀點。首先，各國科技成果相互之間的借鑑從沒有一刻停止過，比如近二十年來我國在東風反艦快遞領域實現集羣式突破獲得壓倒性優勢之後，大洋彼岸也開始奮起直追，那麼我們是不是也可以開啓一波嘲諷模式？

大洋彼岸山寨東風快遞

其次，航天運載工具的回收複用從來都是各國追求的目標，只不過發展路徑有所差異。一個事實是早在獵鷹-9號火箭一子級2015年實現陸地回收之前我國YF-100液氧煤油發動機就進行了變推力熱試車，可實現滿功率的68%最低推力調節，與獵鷹-9號梅林-1D的40%最低推力調節能力是接近的。

YF-100高壓補燃液氧煤油發動機

另外梅林-1D發動機也是在借鑑阿波羅載人登月飛船下降級LMDE變推力發動機的針栓式噴注器基礎上研製，我國嫦娥三號/四號使用的7500N變推力發動機同樣使用了針栓式噴注器，該發動機在真空條件下可實現滿功率15%最低推力調節，要知道該型發動機助力我們登陸月球的時間要比獵鷹-9號實現首次陸地回收早了整整兩年。

嫦娥三號底部噴口就是7500N變推發動機

再以SpaceX引以爲傲的星艦爲例，這種帶翼航天器早在20多年前那場事關載人航天工程的大討論中我們就已經拿出了設計方案，只不過因爲暫時的國力限制當時沒有選擇這一方案，如今航天一院基於液氧甲烷發動機的火箭客機也已經是重點推進項目。

爲了實現航天運載工具的完全回收複用，綜合當前情況來看我們選擇了三條技術路線齊頭並進，持續時間最長投入氣力最大的當屬基於組合動力的空天飛機項目，目前國內至少有兩家抓總單位在推進這種可以水平起降的入軌飛行器。

組合動力試驗平臺

前不久航天科技集團又完成了一次史無前例的火箭基組合動力模態轉換試飛；第二條路線就是運載火箭助飛級垂直回收複用，長征-8R、長征-6X、獵鷹-9號都是這條路線；再就是基於火箭助飛級的帶翼航天器，可以實現運載工具的完全回收。簡而言之就是一句話，大國從來不做選擇題。

中國有一個天賦異稟讓世界常常感到鬱悶，那就是不論有什麼新技術新裝備被我們看一眼就能懷孕，通俗點說就是有超強的學習能力，並能基於全球最齊全的工業產業鏈再將這種能力轉化爲裝備產品，進而“白菜化”，垂直回收複用火箭就是最新案例。

獵鷹-9號一子級垂直降落回收

複用火箭領域國家隊有航天科技一院與航天科技八院兩支戰隊，代表產品分別是長征-8R與長征-6X。

火箭起飛進入高空助飛級分離並建立再入返回彈道是複用領域的核心技術之一，建立返回彈道的核心裝置就是柵格舵，通過柵格舵與姿控系統的聯合調節可以控制助飛級姿態，爲攻克這一技術航天科技一院與航天科技八院分別在各自的火箭產品中進行了實際任務驗證：

長征二號丙一子級柵格舵

2019年7月26日，在遙感三十號05組衛星發射任務中長征二號丙火箭一子級驗證基於柵格舵控制技術的殘骸定點下落；

長征四號乙一子級柵格舵

2019年11月3日，在高分七號衛星發射任務中長征四號乙火箭一子級驗證基於柵格舵控制技術的殘骸定點下落。

柵格舵會在一定程度上改變火箭氣動外形，需要緊貼火箭箭體安裝將負面影響降至最低，還要更改火箭算法控制程序。當一子級下落時柵格舵要完成解鎖、展開、按控制指令轉動等一系列動作，整個過程由一個放置在十幾釐米長度盒子裏的新一代電氣系統控制，該系統具備測量、控制、遙測遙控等功能。

柵格舵解鎖展開

在火箭一子級下落過程中柵格舵要承受十倍於自身重力的衝擊力，還要耐受再入時與大氣高速摩擦產生的上千攝氏度高溫，對柵格舵的生產製備工藝提出了嚴苛要求。

柵格舵要承受十倍於自身衝擊力

航天科技八院柵格舵採用的是鈦合金激光焊接成型工藝，它不同於獵鷹-9號火箭柵格舵的鑄造成型工藝。

激光焊接工藝成型的柵格舵

航天一院則更進一步，長征二號丙火箭使用的柵格舵選擇了一種全新的超塑成型工藝，該工藝對比激光焊接、鑄造兩種工藝，材料利用率更高，整體性更佳，這意味着它可以適應更復雜的氣動環境，還能降低產品重量。

長征二號丙柵格舵

基於柵格舵控制技術兩型長征火箭都完美實現了定點下落，對比無控下落區域縮小了80%，大大減輕了殘骸落區地方人員疏散壓力，同時爲攻克複用火箭技術打下了堅實基礎。

要知道兩次火箭殘骸定點下落任務中動力系統並不工作，因此降落速度更大，由此產生的柵格舵工況環境更惡劣，相較於標準的複用火箭降落任務彈道控制難度也更大。

長征四號乙一子級定點下落

接下來航天科技一院與八院將分別圍繞長征-8R、長征-6X兩型複用火箭進行詳細設計，其中長征-8R將應用世界獨創的助推器與一子級一體集束式再入回收方案，與之對比SpaceX公司重型獵鷹起飛級再入返回時是兩枚助推器與一子級分散返回，前者任務可靠性更高，後者彈道複雜失敗率高。比如重型獵鷹的兩次飛行任務中就有一枚一子級回收失敗。

集束式再入返回

制約垂直回收複用火箭的另一項技術瓶頸就是變推力發動機，長征-8R、長征-6X全部基於YF-100高壓補燃液氧煤油發動機研製起飛級，而該型發動機早在立項研製之初就考慮到了變推力使用需求，採用了控制渦輪燃氣溫度的方法實現變推力調節，調節範圍在68%～105%，經過改進升級後可以勝任再入返回的動力緩衝任務。

長征-8R再入返回動作分解

據長征二號丙火箭總體主任設計師牟宇披露，他們將在2025年前掌握垂直回收複用火箭的全部技術，並逐步具備工程應用能力。

在此之前還將完成一系列箭體重複使用技術實驗與演示驗證工作，今年9月27日～28日，航天一院12所使用孔雀飛行器完成了非程序制導控制技術飛行演示驗證，攻克了基於分佈式感知的力載荷與彈性模態辨識、在線軌跡規劃、自適應控制等一系列關鍵技術，這些都是火箭垂直回收過程中使用的核心技術。

非程序制導控制技術飛行演示驗證

需要指出的是2025年是航天科技一院的時間表並不是中國航天拿下垂直回收複用火箭的唯一時間表，航天科技八院的長征-6X複用火箭按照計劃將於明年進行首次飛行試驗。

長征-6X

長征-6X複用火箭構型對比長征六號有顛覆性變化，起飛質量由後者的103噸升級至240噸左右，總長也由29.3米升級至41米，完全擺脫了小型火箭定位，意味着新火箭不能沿用長征六號水平整體測試、水平整體星箭對接、水平整體運輸起豎的“三平”測發模式，而是需要新的固定發射臺架支持。

長征六號

長征-6X起飛級有2臺YF-100與2臺YF-115共4臺液氧煤油發動機，回收過程中YF-100不工作，YF-115將承擔一子級高空再入減速與着陸減速兩次點火任務。複用條件下700公里太陽同步軌道運力1.5噸。

長征-6X起飛級：2×YF100、2×YF115

比較而言航天八院的長征-6X之所以快於航天一院的長征-8R，是因爲技術總體難度不高，首先無需攻克YF-100大推力液氧煤油發動機多次啓動難題，也不需要助推器與一子級集束式回收，垂直回收的着陸質量也遠小於長征-8R。不過，通過長征-6X的研製將大大提前我國掌握回收複用火箭技術的時間。

除兩支國家隊外，民營航天藍箭航天公司正在研製基於天鵲-12型80噸級液氧甲烷發動機的朱雀二號複用火箭，該火箭具備垂直回收複用潛力。星際榮耀公司研製的雙曲線二號將在明年進行百公里級垂直起降試驗，該公司與航天八院都有望競逐成爲我國第一個掌握垂直回收複用火箭技術的玩家。

雙曲線二號

基於新時代軍民融合戰略，中國航天國家隊與民營隊正在打出一記優勢互補的組合拳，比如藍箭航天、星際榮耀都選擇了液氧甲烷發動機，而且進度都很迅速，核心原因在於他們都繼承了國家隊的60噸級液氧甲烷發動機的技術積累，包括藍箭航天的朱雀二號火箭也繼承國家隊長征二號丙火箭的箭體及構型設計。

焦點一號液氧甲烷發動機

國家隊負責核心技術攻關，主導並管理商業航天市場的發展，民營航天可以倚重國家隊配置的航天產業鏈條快速發展，成爲國家隊的有效補充，同時也能刺激競爭，這樣一來獨具我國特色的航天快速發展之路將具有領袖羣倫的特殊優勢。

放眼全球我們是除大洋彼岸外在火箭複用技術領域推進速度最快的玩家，也是唯一多路並舉推進航天運載工具完全回收複用的玩家，回望航天起點，當重達45噸的阿波羅11號飛船搭載三名宇航員執行載人登月任務時，我們0.173噸重量的東方紅一號近地軌道衛星還沒有發射，以如此羸弱的起點走到今天不得不說是世界航天史的奇蹟。