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流纹岩:长征十二号甲火箭首飞,一级回收仍任重道远
【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
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- 责任编辑: 小婷
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