可重复使用运载火箭（Reusable Launch Vehicle）

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定义

可重复使用运载火箭（Reusable Launch Vehicle）是指能够实现多次发射和回收重复使用的运载火箭。与传统一次性运载火箭相比，可重复使用运载火箭通过回收一级火箭助推器甚至整流罩等部件，经过检测和维护后再次发射，可大幅降低发射成本。

技术路线

垂直回收方案

以SpaceX猎鹰系列为代表的垂直回收方案，通过发动机减速、栅格舵气动控制、液压着陆支架等技术实现一级火箭的垂直着陆回收：

• 猎鹰9号（Falcon 9）：全球最成熟的可重复使用运载火箭，一级助推器可重复使用多次，发射成本从约6000万美元降至约5000万美元
• 猎鹰重型（Falcon Heavy）：三个一级助推器可分别回收，其中两个侧助推器可垂直着陆回收
• 星舰（Starship）：完全可重复使用设计，包括上级飞船和下级超重助推器，均设计为垂直着陆回收

垂直回收方案关键技术

• 推进式着陆：火箭发动机反推减速，从高速进入逐渐减速至零，实现垂直着陆
• 栅格舵：火箭返回过程中通过栅格舵进行气动姿态控制和减速
• 软着陆技术：液压或气压驱动的着陆支架，确保火箭平稳落地

水平回收方案

以蓝色起源新谢泼德火箭为代表的水平回收方案，通过降落伞减速后在地面水平滑翔着陆：

• 新谢泼德（New Shepard）：亚轨道可重复使用火箭，垂直发射后助推器通过降落伞减速，垂直着陆
• 部分可重复使用：仅回收助推器，整流罩通过降落伞回收

伞降回收方案

• 整流罩回收：整流罩通过降落伞减速后在空中伞降，可重复使用或回收
• 海上回收：在海上平台进行火箭回收，减少陆基回收的限制

成本效益分析

可重复使用技术对发射成本的影响显著：

成本降低主要来源：

• 硬件复用减少新火箭制造成本
• 发射频率提升分摊研发成本
• 规模化生产降低单件成本

地月空间应用

可重复使用运载火箭对地月空间活动具有重要意义：

• 运输成本革命：将地月空间货物运输成本降低一个数量级以上
• 高频发射能力：支持大规模卫星星座部署和地月基础设施建设
• 商业可行性：使大规模地月空间开发在经济上开始可行

相关概念

• 轨道转移飞行器（OTV）
• 猎鹰9号
• 星舰（Starship）
• 特征速度（Characteristic Velocity）

参考文献

• SpaceX, "Falcon 9 User Guide", 2024.
• Blue Origin, "New Shepard Payload User's Guide", 2024.
• KASA, "Space Transportation Strategic Plan", 2024.