航天科技｜告别即弃火箭！超强火箭重用技术大解密 未来有望「平价」上太空？｜星岛教室

如果我们每次出国旅行，到达目的地后便把飞机丢弃，下次旅程又再造新飞机，旅行费用会有多惊人？这听起来很不合理，但过去的太空探索使用的火箭确实是这样。为了把卫星送入轨道，火箭绝大部分体积都必须用来装载燃料，以达到每秒7.9公里的「第一宇宙速度」。当火箭耗尽燃料后，残留的箭体便会坠回大气层，庞大的动能因与大气摩擦转化为热能，导致其在高空烧毁，或是化作残骸掉进海里。这种「用完即弃」模式，使每次发射成本都十分高昂。

美国穿梭机与SpaceX

为了打破这种模式，人类曾进行大胆尝试，最著名的莫过于美国太空总署（NASA）的「穿梭机」。穿梭机的设计初衷是打造出能像飞机一样频繁往返的「航天巴士」。它的机翼能以滑翔方式降落在跑道上，而巨大的固体助推器则透过降落伞回收。然而，这项长达30年的计划最终在2011年宣告结束，主因是「回收成本」与「安全风险」都远超预期。

穿梭机的维护难度其实远超乎想像。为了抵御再入大气层时的高温，其机身铺设了2万多块昂贵且脆弱的隔热陶瓷砖，每次飞行后都必须逐一检查修补。此外，复杂的氢氧引擎在每次回收后都要进行拆解检修，若将庞大的研发与维修费用摊分，单次发射成本便高达15亿美元，往往超过许多一次性的火箭。加上「挑战者号」与「哥伦比亚号」的两次惨痛事故，证明了这种想法并未能真正实现。

进入21世纪后，SpaceX开启了另一条技术路线：垂直起降。它的第一级火箭在分离后，会依靠剩余燃料再次点火，在高空展开格栅舵等翼面控制空气动力方向，并在着陆前启动引擎反推抵消重力。这种极致的控制虽然着陆精准度极高，但是必须预留15%至20%的燃料以供返航时减速之用，直接削减了火箭运送卫星的能力。尽管如此，SpaceX的「猎鹰九号」仍凭此技术实现了单枚箭体执行超过30次的重复使用任务，彻底改变了全球卫星发射的版图。

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中国可重用火箭技术

随着国家「十五五」规划正式展开，中国加速推进大规模低轨卫星星网的建设。这项国家级太空基建工程，催使中国可重复使用火箭技术自2025年底开始进入了关键的爆发期。其中「朱雀号」、「力箭号」、「双曲线号」及「智神星号」分别代表了不同的工程哲学与技术路线。

在液氧甲烷阵营中，蓝箭航天的「朱雀三号」与星际荣耀的「双曲线三号」是两大主力。甲烷燃料的优势在于燃烧极为干净，在引擎高温燃烧下也不容易产生「积碳」，使引擎在回收后毋须经过长时间清理，大大缩短了再次发射的准备时间。不仅如此，「朱雀三号」更大胆采用不锈钢作为箭体材料。传统火箭多使用铝锂合金以追求极致轻量，但铝合金耐热性差，必须依赖厚重的隔热层；不锈钢虽然较重，但在摄氏800度的环境下仍能保持结构稳定。这意味着「朱雀三号」重返大气层时，能直接抵御气动加热。

另一边厢，星河动力的「智神星一号」在2025年底成功完成海上平台试验，并突破垂直回收的核心物理难题——「大范围变推力技术」。火箭降落并不是单纯的自由落体后再开引擎，当耗尽大部分燃料返回地面时，箭体重量变得极轻。如果引擎推力无法大幅度调低，火箭非但无法如预期般降落，反而会被过大的推力再次推上半空。「智神星一号」成功掌握了这种犹如在空中「精准轻踩煞车」的技术，为2026年的首飞奠定了基础。

至于中科宇航，则探索了另一条善用流体力学巧劲的「伞降回收」路线。其研发的「力鸿一号」在2026年初成功完成了百公里级的伞降回收测试。当飞行器重返大气层后，会依序展开引导伞与巨型主伞，增加阻力系数来大幅消耗动能，底部更配备安全气囊以缓冲最后接地的冲击。伞降的最大优势是毋须预留降落燃料，引擎推力能全额用于卫星的运载。这些关键回收数据将为日后的「力箭二号」研发，提供核心的技术支撑。不过，伞降轨迹易受高空风速影响，若最终降落于海面，海水盐分会对精密的金属管线与引擎造成严重腐蚀，增加了后续翻修的难度。

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太空经济平民化未来

这场技术革命并非中美两国的专利，全球各国也投入这场变革浪潮。欧洲航天局（ESA）正透过「Themis」计划研发可回收火箭示范器，致力于将甲烷引擎技术本土化；俄罗斯也在推进「阿穆尔」（Amur）甲烷火箭计划，试图追赶垂直回收的节奏。当可重复使用技术全面成熟后，人类进入太空的成本有望降低至目前的十分一甚至更低。或许在不远的将来，我们去一趟太空，真的会像今天买张机票出国旅行一样平常！

小思考，大智慧

1. 文中提及「第一宇宙速度」，你知道甚么是「宇宙速度」吗？
2. 为甚么火箭须采用「精准轻踩煞车」的技术降落，而不能像无人机一样，先在空中停一停再慢慢降落？

参考答案

1. 「宇宙速度」是物体从地球出发，脱离天体重力场所需的最小初始速度。「第一宇宙速度（环绕速度）」约7.9km/s，用于围绕地球飞行；「第二宇宙速度（脱离速度）」约11.2km/s，用于摆脱地球重力，进入太阳系；「第三宇宙速度（飞离速度）」约16.7km/s，用于飞出太阳系；「第四宇宙速度」估计为120km/s，能摆脱银河系，飞向更遥远星系际空间。
2. 火箭着陆时，由于燃料几乎耗尽，机身重量极轻。此时，发动机调至最小推力，也往往超过火箭剩余的重量，导致它无法在空中悬停。因此，控制系统必须精算出完美的「煞车点」，在精准的瞬间发动，确保火箭在脚架触地的刹那，速度刚好归零。点火若早了一秒，火箭会因推力过大而反弹升空；晚了一秒，则会因减速不足而直接撞毁。

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本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。

文：协和小学（长沙湾）副校长中华基督教会郑俊杰、协和小学（长沙湾）中华基督教会老师王溢濠、协和小学（长沙湾）中华基督教会老师杨倩仪

本文标题原为〈航天探索：告别即弃火箭时代〉。

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