★前言★

　　為了更加有效地開發太空資源，目前世界各主要航天國家正在大力發展以重複使用和低成本為主要特徵的新一代航天運載系統。在此背景下中國也適時地提出了多種新型航天器發展方案，其中有一種方案很可能於2002年就可投入使用，這就是——

　　新箭計劃—— 中國新型兩級重複使用火箭展望

　　新型漸進重複使用火箭計劃（簡稱新箭計劃）的指導思想是： 堅決將實用性和經濟性放在首位，不盲目片面地追求技術上的先進； 在繼續關注和立足於現有二級液體火箭的基礎上，本着漸進的原則分批進行技術和經濟上的投入，最終實現二級液體火箭的完全重複使用。 根據這一指導思想，新計劃可大致分為三個發展階段，即：核心回收式火箭、部分回收式火箭、完全回收式火箭，下面就它們作分別介紹。

　　★★核心回收火箭★★

　　A．特徵

　　此型火箭的特徵是：火箭的核心關鍵部分——即火箭一、二級發動機和火箭的飛控設備可以回收再利用。

　　B．外型與結構

　　此型火箭主要由助推級（一級）和軌道級（二級）串聯而成，大致呈圓柱體。這與現有一次性火箭是基本相似的。不過核心回收火箭與一次性火箭也存在着重大的區別：

　　首先，核心回收火箭的主發動機是可以重複使用多次的，而一次性火箭則不是。其次，核心回收火箭的動力艙為特殊的模塊化設計。

　　以助推級動為艙為例，其外型為短粗的圓柱體結構，內部除了一般火箭所共有的主發動機系統外還有供其垂直着陸所必需的輔助設備，包括旋翼/降落傘、反推火箭、起落架、GPS接收機和相應的電子控制設備等；

　　軌道級動力艙外形為圓台鈍頭結構，這主要是考慮到再入大氣層時的需要。動力艙內部除了主發動機系統外也擁有相應的助降系統（如旋翼、反推火箭、起落架）;此外火箭的飛行控制系統（如慣導設備、飛行計算機等）也設在軌道級動力艙內以便於一併回收。

　　C．運行模式

　　發射準備工作完成後助推級便點火推動火箭爬升，當達到一定高度時助推級熄火併與軌道級分離；接着助推級動力艙與燃料艙分離並向預定着陸區滑落，到達落點上空時動力艙放出起落架並啟動反推火箭平穩着陸；軌道級在完成級間分離後繼續爬升入軌執行預定使用，完成任務後軌道級動力艙與燃料艙分離並重返大氣層飛向着陸區，到達着陸區上空後動力艙展開旋翼（或降落傘）對落點及落速進行控制，最後放出起落架垂直着陸。 助推級和軌道級動力艙被回收後適當檢修將會再一次投入使用。

　　D．優點

　　核心回收火箭只拋棄了火箭的燃料艙和整流罩，而將火箭的一、二級發動和飛行控制設備等關鍵部分予以回收再利用，因而可大大降低火箭的發射成本；核心回收火箭可執行廣泛的太空任務，凡是現在一次性火箭能夠完成的任務它都可勝任；核心回收火箭的技術基礎簡單，只要發動機能夠重複使用和擁有必要的防熱技術就行了。火箭的第一級可以使用成本、技術相對較低的液氧/煤油發動機，只在第二級才考慮使用高比沖但技術相對較高的液氫發動機。

　　這種火箭以美俄的技術水平可以在1967-1970年左右投入使用。

　　★★部分回收式火箭★★

　　A．特徵

　　此型火箭的特徵是：火箭助推級的全部及軌道級動力艙（內含火箭飛控系統）可以回收再利用。

　　B．外型結構

　　部分回收火箭主要由助推級和軌道級串聯而成。助推級的外形採用圓台結構，如此結構的好處是：圓台的內部容積和底部空間大，可容納大量的燃料和多台發動機，能滿足火箭的推力需要； 另外圓台重心穩定，有利於保證助推級實現平穩垂直着陸。助推機內部除了擁有主發動機系統和燃料系統外也設有供垂直着陸所需的設備（旋翼/降落傘、反推火箭、起落架、電子設備等）； 軌道級的外形結構與核心回收火箭的軌道級完全一樣，詳情不作細述。

　　C．運行模式

　　發射準備工作就緒後助推級點火推動火箭爬升，到達預定高度後助推級熄火併與軌道級實現冷分離（這主要是防止助推級被軌道級的尾焰所毀壞）。

　　助推級完成級間分離後，便整體向着陸區滑落並適時打開旋翼（或降落傘）調整落點和落速，最後放出起落架、啟動反推火箭着陸；

　　軌道級在級間分離後，繼續爬升入軌執行預定使命，爾後軌道級動力艙與燃料艙分離並重返大氣層在預定區實現垂直着陸。其過程與核心回收火箭軌道級動力艙回收方式完全一樣。

　　D．優點

　　部分回收火箭的系統回收程度比核心回收火箭是更進一步，因而其發射成本就更低；此型火箭所能執行任務同樣也是廣泛的；部分回收火箭的技術要求要高一些，包括成熟的發動機使用技術、比較可靠的材料以及必要的防熱技術等。

　　以美俄的技術水平可以在1970-1975年左右投入使用。

　　★★完全回收式火箭★★

　　A．特徵

　　完全回收式火箭特徵是能將火箭的一級和二級完全收再利用。

　　B．結構與外型

　　完全回收式火箭是新箭計劃的最高發展階段，它主要由二級垂直起降系統和二級垂直/水平起降系統所組成。

　　1．二級垂直起降系統

　　此系統以垂直方式起飛，其助推級和軌道級在完成各自的任務後又都以垂直方式完成着陸回收。此系統主要有圓台狀的助推級和圓錐狀的軌道級串聯而成。助推級的外型與內部結構和部分回收火箭的助推級基本相同，所以其詳情不再重複；軌道級選用圓錐結構是為了便於大氣層再入的考慮。軌道級內部除了主發動機系統和燃料系統外，也同樣擁有完善的助降系統（旋翼、起落架、反推火箭等）。

　　這裡需要特別強調的是，由於軌道攜帶載荷方式的不同，二級垂直起降系統又可被分為頂推式和正常式兩種分型號。兩者的區別在於：頂推式軌道級不設載荷艙，載荷是通過放置在軌道級頂部一次性整流罩內而被送入太空。頂推式系統訂是用來發射大宗、重型載荷（如空間站主艙等）；正常式軌道級內部設有載荷艙，可以裝載人員和載荷，它可以執行探測，補給、維修、實驗等一系列任務。

　　2二級垂直/水平起降系統

　　此系統的特徵是以垂直方式起飛，助推級和軌道級在完成任務後分別以垂直和水平方式着陸。

　　此系統主要由一個助推級和一架中小型航天飛機並聯組合而成（也可以是串聯）。助推級的外型通常圓錐狀，其內部結構與二級垂直起降系統助推級完全一樣；作為軌道級的航天飛機則是一種有翼升力體結構，它可在機場跑道水平着陸，能搭載數名航天員和幾噸貨物。除了完全回收式火箭，還可以用核心回收火箭作為助推級與航天飛機構成簡易型兩級垂直/水平起降系統。

　　C．運行模式

　　以二級垂直起降系統為例：此系統的運行模式與部分回收火箭的運行模式基本一樣。只不過此系統是將軌道級完全回收，而部分回收火箭只回收軌道級動力艙；

　　以二級垂直/水平起降系統（並聯式）為例：發射時助推級和軌道級共同點火爬升（此時軌道級使用的是助推級燃料箱中的燃料），當到達預定高度後助推級與軌級分離並在預定區域垂直着陸；

　　軌道級則繼續爬升入軌執行預定使命，之後軌道級重返大氣層在預定機場跑道上水平着陸。

　　D．優點

　　完全回收火箭將火箭的助推級和軌道級都給予了回收再利用，因而極大地降低了火箭的發射成本 ；

　　二級完全回收式火箭本着“人貨分離、重輕搭配”的原則可全面勝任未來航天開發：頂推式（二級垂直起降）系統以其巨大的運力主要用來發射空間站主艙/星際飛船等大宗重型載荷；正常式系統則作為太空多面手則可執行發射、補給、維修、探測等一系列任務；二級垂直/水平起降系統以其低的再入過載主要用於人員的天地往返。

　　很顯然這是以體系的力量來面對龐大而複雜的任務需求，這在目前情況下很明智的。因為現在還沒有任何一種單一類型的航天器能夠獨挑航天開發的大梁，包括美國正在研製的單級火箭；完全加收火箭的技術基礎相對較高：包括成熟的發動機技術，可靠的防熱技術，過硬的材料技術等。不過這些技術要求與單級火箭的技術要求相比還是要容易得多。

　　新箭計劃的基本設想進程是：

　　在2002年力爭讓核心回收式火箭升空，2005年左右爭取讓部分回收火箭投入使用，2010年前後完全回收式火箭將形成完善的體系。當然上述發展進程在實際中由於技術、資金、需求等因素的影響也可以適當提前或推遲。

　　作為一種新型航天構想，新箭有着許多獨到新穎之處：

　　1．投入風險小、比較適合中國的國情。

　　以中國現有的國力而言，若一下拿出幾百億元去發展全新的航天系統無疑要冒極大的風險，且從實際需求看也絕對沒有必要。新箭計劃立足於現有技術並大量借鑑了世界航天的現有概念和思想，因而其總體發展風險小。而且新箭是一個技術系統，它以低點起步並滾動前進，這種漸進的發展方式也是非常適合中國的國情。

　　2．性能全面、應用前景較好。

　　新箭以其體系的力量可與世界上多種航天系統相比。

　　僅以核心回收火箭為例，它足以讓法、俄等國奉為新世紀明星的阿里安—5和安加拉等新型火箭的顏色盡失，因為它們的系統回收程度和經濟性能根本不能與核心回收相比！若與部分回收火箭/二級完全回收火箭相比它們則更是相形見絀；

　　二級垂直/水平系統與英、德、俄等國的二級水平起降系統（如桑格爾、空中客車II等）相類似。不過二級垂直/水平起降系統似乎更可行，因為二級水平起降系統是以大型飛機作為助推級將小型航天飛機送入高空點火，但是大型飛機的研製難度更大於一枚火箭，對中國來說更是如此；

　　若2010年前後中國二級完全回收火箭形成體系的話，只有美國的單級火箭系統（冒險星/三角快帆等）能與其一比高低：在技術基礎上單級火箭絕對比二級火箭先進，其維修操作也簡便，但是單級火箭在大宗重型貨物的發射方面則不盡人意；而二級火箭的優勢是技術簡單，易於為多數國家所用。特別是在技術條件相等的條件下二級火箭的所能裝載的載荷要遠大於單級火箭，更能全面勝任航天使命。

　　兼上述兩者是各有千秋，可能會出現這樣的情況：中國、俄羅斯等國在大力發展二級重複使用火箭的同時也將嘗試發展單級重複使用火箭。美國在擁有單級重複使用火箭的同時，也可能會採用二級重複使用火箭補充其重型載荷的發射能力。

　　在未來全新概念航天器成熟之前，世界航天運載系統發展的趨勢很可能是：單級重複使用火箭與二級重複使用火箭在太空共舞！

　　綜上所述，作為未來中國新型航天運載系統的後選方案之一，新箭的確有其獨到的優勢。在中國急速邁向航天超級大國的進程中，它將有可能起到一定的推動作用。

　　（ 此方案1994 年寄往相關部門 2000年7月22日在網上公布）

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