△ DC-X是最早的可重复使用火箭验证飞行器之一，造型十分科幻

蓝色起源Charon与New Shepard

2000年9月成立的蓝色起源可以说是垂直起降技术的忠实粉丝，早在2005年之前贝索斯就曾明确要通过垂直起降的形式实现至少三名宇航员进行亚轨道飞行试验的计划，其当时的判断仅来自对技术自身的直觉，而并不是受到XPRIZE所举办赛事的影响。

Charon作为蓝色起源首款垂直起降原理样机，是参考DC-X来进行的方案设计，通过多台发动机差动的形式来实现姿态及弹道控制。2005年3月实现了首飞，并在上升至96米后，安全返回至起飞点附近。

其第二款亚轨道垂直起降飞行器Goddard（命名是为了纪念火箭技术先驱罗伯特·戈尔德先生）在方案上沿袭上一款的设计，仍然采用多台发动机进行差动控制。2006年11月完成了首次飞行试验，并在上升至约90米的高度后安全返回。

此后，蓝色起源开始了氢氧发动机BE-3的研制工作，而该款发动机的研制不仅有效地提升了其推力量级（BE-1为8.9kN，BE-2为140kN，而BE-3则为490kN）还实现了20~100%的大范围深度流量调节。其可靠的重启能力可以说是New Shepard在2015年实现多次复用的核心关键。

作为蓝色起源的第三款垂直起降飞行器，New Shepard采用了单发动机矢量控制技术。简单来说，在着陆及悬停过程中可通过两个象限的伺服机构来实现发动机任意角度的实时控制，在加之BE-3的实时推力调节最终实现飞行器在返回过程中的姿态稳定和减速着陆。2015年4月底，New Shepard一号机实现首次试飞，并在上升至93.5公里的高空后安全返回地面，而在2016年10月前，蓝色起源使用同一枚火箭（New Shepard-2）先后完成了5次百公里级亚轨道飞行试验，并于2015年11月23日，斩获了首个进入太空的垂直起降飞行器头衔，被历史铭记。

可以说，在蓝色起源的垂直起降探索道路上，小步快跑与多次迭代是其技术方面的策略与风格，而这样稳扎稳打的方式也让蓝色起源在近几年的时间内有了坚实的基础与沉淀，厚积薄发，成为了SpaceX最为强劲的竞争对手。

△ New Shepard在德克萨斯州试验场返回时的瞬间

犰狳航天 Mod

说起美国初创型的民营航天公司，犰狳航天（Armadillo Aerospace）可以算得上是一种典型代表，由硅谷传奇创业者John Carmack于2000年通过个人出资创立。精简的工程师队伍和灵活高效的试验形式是该公司的主要特征，作为一个不到20人的火箭团队，犰狳航天在极少的投入与短暂的时间中完成了从发动机到控制系统、从总体设计到核心算法等多项技术工作。

△ 犰狳航天的试验卡车可满足系留飞行及卧式试车需求

犰狳航天创立的早期是以单人飞行器为技术主线，曾经开发过单组元四发联动的单人飞行座椅。2004年，犰狳航天开始研制单组元垂直起降原理样机，使用过氧化氢的分解产生高温蒸汽及推力，并通过燃气舵来实现伺服控制，最终实现垂直起飞及降落控制。由于其阶段过程中所研制的样机种类过多，在这里就不一一细说了。

其最具代表的垂直起降飞行器Mod，使用单台可变推力的液氧乙醇发动机作为动力源，通过矢量控制及流量调节来实现空中定点及横向位移，而该款飞行器也在2008年的XPRIZE大奖赛中实现了异点垂直起降目标，并斩获35万美元的最高奖项。

尽管2013年后犰狳航天因为创始人的资金投入原因而处于停滞状态，但其在早些时期所做的有关于垂直起降方面的技术尝试，仍然为后人留下了大量可以借鉴的经验基础。

△ 犰狳航天的Mod垂直起降火箭

马斯腾空间 Xombie

除了犰狳航天外，另一家美国民营航天初创公司不得不提，那就是马斯腾空间（Masten Space System），作为当年与犰狳航天在XPRIZE中一战高下的强劲对手，其在垂直起降技术方面所积累的经验不容小觑。

成立于2004年的马斯腾空间同样是商业航天初创公司中的代表，小而精的做事风格使得马斯腾在垂直起降技术领域至今仍然有着受人瞩目的行业地位。该公司不仅以极其精准（16cm）的落地精度摘得了XPRIZE 赛事2009年度的桂冠，还凭借其垂直起降方面的技术积淀得以与军工巨头格鲁曼一同进行DARPA的XS-1计划。

△ 马斯腾空间的垂直起降飞行器Xodiac可以高频进行悬停试验

Xombie作为马斯腾公司的最新垂直起降样机，已作为试验平台用于测试视觉自主着陆系统。其动力系统使用的是液氧-异丙醇体系的变推力火箭发动机，额度工况下可产生约4kN的海平面推力。同样通过矢量控制及流量调节来实现空中定点及横向位移。

这样体量的试验平台可以为高频的试验提供硬件基础，曾有视频显示，马斯腾在短短一个小时内就可以完成5次悬停试验来尝试不同的算法及参数。这样高频的试验机会，可以快速缩短技术迭代过程中所需的周期。

△ 用于行星探索任务的VTVL飞行器

太空探索 Grasshopper

说起垂直起降技术，最能引起大众广泛关注应该就属SpaceX的“蚱蜢”火箭了。2002年成立的SpaceX虽然并不是垂直起降技术领域最早的实践者，但却是目前为止在该项技术上走的最远的民营公司。

 

△ SpaceX Grasshopper-1类似昆虫足部的着陆机构

作为专门用于进行原理验证的Grasshopper-1，其着陆缓冲机构可以说是深刻展现了其“实用主义”与研制规划上的单点突破方式，在几乎不考虑工业设计美感的情况下，尽可能地提高其缓冲能力，在试验同时研制的Grasshopper-2则并行开展可折叠着陆机构的优化设计。

其动力系统为单台Merlin-1D液氧煤油发动机，同样通过矢量控制及推力调节实现起飞与着陆。Merlin-1D液氧煤油发动机通过TEA-TEB（三乙基硼三乙基铝的混合物）自燃点火剂进行发动机启动，并且在其发动机系统中具有独立的点火剂储箱，相比于常用的膜腔方案，这样的设计可以满足发动机在飞行过程中的多次启动。

Grasshopper-1于2012年9月实现首次飞行，上升至离地2m的高度并进行悬停状态保持后安全返回地面。

2015年12月Faclon-9 V1.1首次实现内陆着陆场的发射回收，这也是人类首次实现在完成卫星发射任务的情况下进行运载火箭一子级回收的重大里程碑，记得当年正在看发射直播的火箭哥在成功回收的瞬间激动到眼眶湿润。而这项技术成功的背后得益于SpaceX通过Grasshopper系列原理样机进行的数十次不同高度及状态的悬停试验所积累的宝贵数据，在没有前人探索的道路上，唯有脚踏实地小步快跑，在真实对象上进行技术探索与尝试才实现突破的最快路径。

 

△ 2015年12月22日，人类航天史上的重大转折点

翎客航天 RLV-T系列

细数了行业前辈们的发展历史，我们可以看到垂直起降技术的发展并非一帆风顺，而其今天所受到的瞩目正是源于一次又一次的探索与波折。接下来就让我们一起了解中国首家民营航天公司在垂直起降方面所做的工作与展望。

翎客航天早在2014年成立之初便开始启动变推力液体火箭发动机的研制项目，并于2014年8月首次实现3kN额度推力的发动机整机试车，在当年12月前先后完成了十余次不同推力状态的点火试验，积累了大量实验数据及试验方法。

2015年下半年，翎客航天正式启动了RLV-T系列垂直起降原理飞行器的研制工作，与此同时在山东新建的试验基地也在设计之初考虑了后续低空悬停软着陆等一系列试验的需求，增设了安全保护及地面冷却等功能，确保了后续试验的顺利开展。

2016年6月15日，RLV-T1完成了首次系留保护状态下的全箭点火试验，并在接下来的一个月内频繁开展了各种细分状态下的单点技术试验。箭上诸如可重复变推力液体发动机、增压输送、低温线性伺服阀、箭载控制系统等各关键分系统均由翎客航天自主研制，并在设计之初考虑到现场需要频繁调试的试验需求。因此RLV-T系列飞行器均具有现场无线程序更新功能，一天中最多可使用同一枚火箭进行7次不同状态的飞行试验。

2016年7月13日，在历经70余次不同状态的点火试验后，翎客航天终于在RLV-T1垂直起降飞行器上实现了首次悬停飞行，这也是国内首次通过单发动机矢量控制技术实现火箭悬停飞行，而这70余次的飞行试验均使用同一枚火箭及发动机，且过程中未更换过任何组件，展现了该变推力发动机良好的可维护性和重复使用特性。

△ 翎客航天的RLV-T1首次实现悬停飞行

在此之后，翎客航天先后衍生设计了3个不同版本的可重复试验平台，其各个版本的设计初衷也各不相同，例如RLV-T2具有更高的结构效率及可收缩着陆腿，可满足更长更高的弹道飞行试验需求，而RLV-T3则是基于RLV-T1的方案着重进行着陆机构设计以满足频繁起降飞行试验。

这一切的初衷便是为了能够在短时间、低投入情况下针对不同的关键技术难点对象实现快速迭代设计，从而在积累大量试验数据的基础上加快研发的整体速度并有效控制技术风险。

从2016年6月至今，翎客航天已完成近300次、数十种状态参数及控制模型下的悬停飞行试验，积累了大量的试验数据与工程经验，并通过数据分析筛选出了较优的控制算法进行空间位置及飞行姿态控制。

△ 翎客航天自主研制的RLV-T系列飞行器进行飞行试验

2018年1月4日，随着熟悉的轰鸣声响起，翎客航天RLV-T3垂直起降飞行器在山东龙口的试验场上拔地而起，在进行定点悬停、平移飞行等一系列动作后，圆满完成了从A点到B点的试验目标。随后几天内，RLV-T3又完成了多次类似得弹道飞行，甚至在6级大风情况下，火箭依然具有设计的飞行精度和超强的控制鲁棒性，充分验证了火箭全系统的可靠性和回收控制技术的成熟。根据试验计划，在经过更多次飞行验证及数据分析之后，翎客航天将会于近期进行火箭高空自由飞回收试验，敬请期待。

△ 至此，在我国垂直起降式可重复发射技术上又诞生了一个新的里程碑

2018年，翎客航天将基于目前正在研制的数吨级变推力液体火箭发动机设计规模更大的亚轨道可重复发射火箭。与此同时，于2017年10月发布的翎客航天首款可重复运载火箭“新线一号”（NewLine-1）也进入到详细设计阶段，各关键分系统技术正在有条不紊地推进，目标在2020年实现首飞。

△ 未来，翎客航天将坚定不移地以自主研发可重复发射技术为核心，立志十年内成为具有国际野且技术先进的航天发射综合公司

（本文来源：翎客航天官方发布）