流纹岩:长征十二号甲火箭首飞,一级回收仍任重道远
来源:观察者网独家
2025-12-24 15:07
【文/观察者网专栏作者 流纹岩】
2025年12月23日,在酒泉卫星发射中心东风商业航天创新试验场中国商业火箭工位,一枚长70米,直径3.8米的两级重复使用火箭点火升空。
此次发射是“国家队”长征十二号甲(CZ-12A)的首次飞行。火箭一级在上升段工作正常,二级工作正常并进入低绕地轨道。但一级火箭再入点火过程中出现异常,最终火箭坠落于距发射场约250千米的回收场东南侧4.5千米处,一级火箭回收验证未取得预期效果。
这是中国航天国家队的首次轨道级液氧/甲烷火箭飞行试验和首次轨道级火箭一级回收试验,也是国内第二次轨道级火箭一级回收试验。充分证明了轨道级火箭回收并不容易的道理。
长征十二号甲遥一火箭从商火工位发射升空
长征十二号甲火箭由上海航天抓总研制,其本质上是用于探索垂直起降技术的轨道级火箭。自2015年猎鹰9回收成功和2018年重型猎鹰火箭成功首飞以来,其多机并联技术也在2018年以来的新一代载人火箭项目中得到国内相关产业的认可,并开展了5米并联7台YF-100K系列发动机的研究,最终该项目演化为长征十号载人登月火箭和长征十号甲载人近地火箭。
但专业载人的长征十号系列火箭的开发难度较大,而且有较高的可靠性要求,也并不太能直接拿来发射商业卫星。与此同时,竞标新一代载人火箭方案的上海3.8米火箭被单独列出,于2020年获得XLV-20的编号,最终成为了长征十二号火箭。
这是一个非常激进的火箭,虽然由于总体和加工技术水平有限,长征十二号并没有堪比猎鹰9的运载比,但其首次在国内尝试了铝锂合金贮箱、无发泡防热液氧贮箱、氧箱内冷氦碳纤维高压气瓶、牵制释放和静不稳定构型等先进方案,推动了我国运载火箭技术的进步。
与此同时,上海航天也在谋求开发一种重复使用火箭。2020年,上海航天开展了垂直起降重复使用火箭的预研,并于2021年立项。但在当时可使用的发动机并不多——航天六院北京11所研制的YF-209发动机要到1年后才开展第一次试验,当时可以使用的发动机只有九州云箭的LY-70“龙云”发动机,这也是首次在国家队的运载火箭中使用民营航天研发的主动力系统的案例。
在2021年的珠海航展上,九州云箭的展板中出现了一个直径3.8米的运载火箭。该火箭一级采用9台增推至80吨的九州云箭“龙云-70+”发动机,二级采用一台真空型“龙云”发动机,全长高达81米,并且采用一个5.2米整流罩,起飞质量为533吨,起飞推力为720吨,起飞推重比1.35。
这是一个非常激进的方案,包括巨大的长径比和包络非常小的改进型“龙云”发动机,运载能力更是极其强大,号称可以将22吨载荷送入绕地轨道,一级回收下可以发射8吨至500千米太阳同步轨道,或是14吨(可能是打错了,应该是4吨)至同步转移轨道,几乎就是一个略微劣化的甲烷版猎鹰9。
这个模型很可能就是长征十二号甲火箭的最初设定,但因为这个方案实在太长,且九州云箭未能开发出3.8米并联9台80吨的“龙云-70+”发动机,最终这个方案被迫削减,新的方案仍然采用3.8米直径贮箱但发动机数量缩减至7台,火箭的长度也从81米削减至70米,起飞质量为400吨级,形成了我们现在看到的长征十二号甲火箭。
疑似长征十二号甲原方案,虽然这个展台好像不是珠海航展上的
作为一款结构简单、性能先进、价格低廉且进度较快的80吨级液氧/甲烷火箭发动机,“龙云”拥有独到的优势。该发动机采用燃气发生器循环。官网宣称的标称状态海平面推力676kN,海平面比冲不小于290秒。但随着多轮改进,目前交付推力已经达到745千牛,试验推力更是达到840千牛以上。发动机自重不多于850千克,采用泵后摇摆方案。而用于二级发动机的真空型“龙云”发动机,采用45面积比的全再生冷却大喷管,真空比冲为345秒。
长征十二号甲火箭大量继承了来自长征十二号火箭的技术,如三平测发、2219铝合金贮箱、牵制释放等技术。但我们知道,重复使用火箭是一个非常复杂的工程,其中涉及的一些技术甚至很难通过模拟实现,只能依靠实际飞行获得数据。
为了确保长征十二号甲的首飞能获得成功,上海航天在开发过程中规划了“小步快跑、验证到位、确保成功”的三步走计划,包括使用一个货架产品的原型机进行低空系留试验和1千米级试验,使用3.8米3台龙云发动机进行一次起动的10千米级试验,改装后进行三次起动的75千米级试验。
原型机采用1台九州云箭“凌云”10吨级发动机,于2023年1月参与了某验证箭系绳跳跃,随后还开展了一次短程垂直起降试验。九州云箭也在“凌云”发动机的产品页面上写出:(凌云发动机)参与我国某型重复使用火箭的垂直起降演示验证飞行-回收试验,获得圆满成功。
新闻报道中出现的某垂直起降试验箭
在完成了垂直起降验证后,上海航天和九州云箭开始推进长征十二号甲火箭垂直起降试验箭的开发,并于2024年2月完成了三台“龙云”发动机的校准试车。2024年6月,长征十二号甲火箭垂直起降试验箭从酒泉卫星发射中心120号场坪发射升空,实现了12千米级的跳跃飞行。随后火箭被运回上海,更换一体化尾舱,计划于2024年11月在酒泉进行75千米级试飞。但随着上海的商业火箭公司建立和项目的调整,长征十二号甲火箭垂直起降试验箭获得了“龙行二号”编号,75千米级试飞也随之推迟至2025年1月,试验地点从酒泉的大漠戈壁更换至海阳进行。
2025年1月19日11:00,龙行二号从海阳市连理岛上搭建的临时发射台发射升空。三台“龙云”发动机提供了228吨推力,推动这枚140吨的火箭飞向75千米的高度。按计划,龙行二号完成一次关机并且抵达了预定高度。但随后出现了一些问题,最终虽然三台“龙云”发动机按计划完成了第二次点火、第二次关机和第三次点火,但龙行二号试验器最终超速落海,在寒冬中的黄海海面上拍成了一堆碎片,随后沉入海底。
此次试验最终并无一个官方结论,笔者也不会给它下“成功”或“失败”的定义,更不会透露具体原因是什么,只将其归类为“异常”。龙行二号试验的异常结果虽然比较可惜,但“龙云”发动机抵抗住了再入的恶劣热流环境,实现了高温高速来流环境下稳定点火,表现从某些方面来说超出预期。2025年8月,长征十二号甲火箭在海阳商发箭元试车台上进行了二级静态点火,试验取得了预期成果。长征十二号甲首飞箭于11月初运抵酒泉卫星发射中心。
天兵科技试验宣传片中出现的长征十二号甲火箭二子级
长征十二号甲火箭设计为一种具备一级垂直起降和重复使用能力的火箭,其最初计划于海南商业航天发射场发射并且进行海上降落试验,但很快计划就被修改。2025年4月以来,酒泉的商火工位极速开工,仅用7个月就完成了一座复杂的具备液氧/煤油和液氧/甲烷支持能力的现代化发射场,并在距离发射场约251.6千米,方位角144°的方向建造了一座直径约110米的圆形场坪用于火箭回收。
长征十二号甲火箭的着陆场
现在我们来看看长征十二号甲,该火箭大量继承长征十二号的技术,贮箱采用2219铝合金,一级由于考虑运输问题未采用共底设计,且采用更保守的液氧贮箱在上、甲烷贮箱在下的构型,同时火箭还贴敷了非常厚的聚氨酯发泡。二级采用共底设计,液氧贮箱在上。一级采用7台九州云箭“龙云”发动机,每台发动机可提供75吨推力,推动437吨的火箭发射升空。整流罩支持4.2米和5.2米两种,可用于发射不同的低轨道卫星。
根据卫星百科的说法,该火箭二级并未采用和一级同一供应商的九州云箭“真空龙云”发动机,而是使用了1台由航天科技六院北京11所研制的YF-209V发动机。相比于面积比45,真空比冲345秒的真空龙云,YF-209V是一个面积比80,真空比冲号称350+秒,推力号称96+吨的发动机。我们不去谈为什么放着真空龙云用而要用YF-209V的问题,但YF-209V很明显比真空龙云要长是肯定的,可以看到在级间段和二级后短壳之间还安装了一大段本不应该出现的金属尾段,当然这一段现在也用来安装气瓶和姿轨控系统。
发射架上的长征十二号甲遥一火箭
长征十二号甲火箭一级具有四个钛合金格栅舵,用于控制火箭指向,同时还有四个边条翼,用于在上升段提供类似尾翼的控制效果,并在再入点火后可控滑翔。相比朱雀三号使用的氮气姿控,长征十二号甲火箭还拥有极其复杂的多套姿控和推进系统。其中一级的箱间段中安装了足足16根反推火箭,以在一二级分离时将一级推开。而两套使用单推-3的单组元推进系统安装在二级尾舱和一级级间段上,这种单组元推进系统推力更大,但其使用的肼-硝酸肼混合体系有毒,射后排放和处置更加复杂。火箭增压输送并未采用类似长征十二号的氧箱内冷氦气瓶,而是采用更为保守的常温氦气瓶方案。
从目前互联网上流传出的画面看,长征十二号甲遥一火箭虽未在再入点火过程中就失去控制,但火箭完成再入点火后开始猛烈燃烧。根据一些微博博主的说法,再入点火过程中原计划起动3台发动机但有1台未能正常工作,同时火箭尾舱冒出巨大的黑烟和火光、箭体后部则带有白烟。根据网上另外一些流出的图片,火箭最后落地前并未发生燃烧,而落地后发生巨大爆炸并伴有巨大火球。由于本文刊发时间较早,我们不作此次回收异常的具体讨论。但其异常发生时间要早于几天前的朱雀三号遥一飞行任务,后者是直到着陆点火执行才出现了问题。
网络图片中拍摄的火箭,此时尾舱还在漏火且氧箱发泡已经被点燃
网络图片中显示的长征十二号甲遥一火箭一级坠地前因超音速形成的凝结云
但长征十二号甲的问题也不只在于它的回收,实际上一个很明显的问题是长征十二号甲火箭还是太小了,虽然其首飞就拥有两位数的全抛运载能力,但其复用运载能力不足以发射1组倾斜轨道的卫星互联网星座,因此其就算其完成试验后在海南商发投入运行,也只能进行全抛飞行才能发射卫星互联网星座群,而随着先进低轨互联网卫星的质量逐步增加,这个问题只会越来越明显。这也很容易得出长征十二号甲火箭并不是重复使用火箭的目标的结论,而只是第一步。不过在走出第一步之前,我们得先搞明白如何走路,再去学着走好第一步。
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