歷史性一落！我國首次實現(xiàn)大型火箭一級回收

北京時間今天中午12時15分，我國新一代大型液體火箭長征十號乙，在海南商業(yè)航天發(fā)射場2號工位點火升空，順利將有效載荷送入預定軌道，首飛告捷。

而在發(fā)射任務之外，這枚火箭還有一項試驗備受關(guān)注，那就是芯一級回收。

長征十號乙點火升空 | 微博@China航天

在距離發(fā)射場射向430公里外的南海海域，完成任務的芯一級飛了回來，垂直下降，穩(wěn)穩(wěn)落進“領(lǐng)航者”號海上平臺張開的巨網(wǎng)里。

這張網(wǎng)高36米，架在一艘滿載排水量2.5萬噸的大船上，專門用來接火箭。

長征十號乙芯一級網(wǎng)系捕獲 | 微博@空天逐夢

這一接，創(chuàng)下兩項紀錄。

我國成為繼美國之后，第二個完成大型液體運載火箭芯一級回收飛行驗證的國家。

而用網(wǎng)接住火箭，全世界都是頭一回。

長征十號乙芯一級網(wǎng)系捕獲的擬人畫像 | stainless_squid

火箭為什么要回收？

最直接的原因是省錢。

打個比方。一架飛機從北京飛到上海，落地之后加個油、做個檢查，就能接著飛下一趟。傳統(tǒng)火箭不行，用一次就沒了。一級把載荷推上天，任務一完成就墜落報廢，下次發(fā)射得重新造一枚。這就好比每飛一趟就扔掉一架飛機，成本可想而知。

偏偏一級還是整枚火箭上最貴的部分之一：塊頭最大，發(fā)動機最多，技術(shù)也最復雜。要是能把它收回來，檢修之后接著用，飛上幾次、十幾次，平攤到每次發(fā)射的成本就能大幅下降。

省錢之外，還有一層好處：快。造一枚大火箭，往往要以月甚至年來計。一次性使用，意味著造好一枚才能發(fā)一枚，發(fā)射節(jié)奏被生產(chǎn)速度死死卡住。要是收回來還能接著用，節(jié)奏就能提起來。

這條路已經(jīng)有人走通了，美國SpaceX的獵鷹9號靠著一級反復復用，把發(fā)射頻率做到了一年100多次。

所以這些年，可重復使用成了全球火箭研發(fā)的大方向。目標一致，路子卻不止一條。

為什么網(wǎng)系回收？

目前國際上最主流的回收方案，以美國SpaceX的獵鷹9號為代表，是讓火箭自己落回來“站”著。一級在返回途中展開四條大型液壓著陸腿，最后以垂直姿態(tài)降落在陸地或者海上回收平臺。

獵鷹9號火箭芯一級著陸在海上回收平臺 | SpaceX

這套方案已經(jīng)非常成熟，但有個繞不開的代價：四條大型著陸腿，加上配套的復雜緩沖裝置，大幅增加了火箭的自身重量。

火箭從點火那一刻起就得馱著它們飛，直到落地前幾秒才派上用場。馱著它們的每一秒，都在白白消耗運力。腿造得越結(jié)實，能帶的貨就越少。

獵鷹9號著陸腿 | Ken Kremer

長征十號乙走的是另一條路。

它返回的前大半段，和其他可回收火箭沒有本質(zhì)區(qū)別。一二級分離后，芯一級展開柵格舵（裝在箭體上的格子狀小翅膀，專門在大氣層里控制飛行姿態(tài)），發(fā)動機再次點火反推減速，朝著南海上等候的“領(lǐng)航者”號飛去。

領(lǐng)航者號也沒閑著，它靠動力定位系統(tǒng)頂住風浪，把自己穩(wěn)穩(wěn)定在預定海域。

真正的不同在最后一步。獵鷹九號這時候要放腿準備著陸，長征十號乙不用。它飛到平臺上方，把水平速度減到零，然后垂直下降。平臺上，繩網(wǎng)圍攏成一個“井”字，箭體上伸出的攔阻桿一搭上網(wǎng)，繩網(wǎng)和緩沖裝置便層層卸力，把火箭的下墜速度一點點消掉，最后穩(wěn)穩(wěn)兜住。

火箭網(wǎng)系回收系統(tǒng)示意圖 | 中國運載火箭技術(shù)研究院

這個過程很像艦載機著艦。戰(zhàn)斗機在航母上降落，靠尾鉤掛住甲板上的阻攔索，硬生生被拽停。長征十號乙也是被“攔”下來的，區(qū)別是艦載機橫著沖過來，它豎著落下去。

這樣一來，著陸裝置的重量就從火箭身上轉(zhuǎn)移到了平臺上。火箭只留幾根輕量化的攔阻桿，省下的重量都可以讓給有效載荷。

為什么首飛就成功？

一枚頭一次上天的火箭，不光順利入了軌，還完成了全世界沒人做成過的網(wǎng)系回收。

這靠的，不是運氣好。

在今天之前，這套動作里的每一環(huán)，幾乎都單獨排練過。

早在地面階段，一級的七臺發(fā)動機就做過兩次系留點火試驗：火箭被固定在發(fā)射工位上，只點火、不起飛，專門考核七臺發(fā)動機同時開機時近千噸推力下的表現(xiàn)，連返回減速時的二次點火都在地面預演過。

更關(guān)鍵的一次排練，在今年2月11日。我國在文昌航天發(fā)射場實施了長征十號運載火箭系統(tǒng)低空演示驗證（夢舟載人飛船系統(tǒng)最大動壓逃逸飛行試驗），這是長征十號系列火箭第一次以初樣狀態(tài)飛行。

今年2月實施的長征十號低空演示驗證與夢舟飛船最大動壓逃逸飛行試驗 | 新華社

那次試驗里，火箭一級飛到約105公里的高空后返回，一路調(diào)姿、減速，在距離海面只有5米的地方近乎懸停，隨后發(fā)動機關(guān)機，箭體垂直落入預定海域，濺落點就在前來配合演練的領(lǐng)航者號附近。

那是我國火箭一級箭體第一次海上濺落。

換句話說，除了最后“上網(wǎng)”那一下，整套回收流程在2月就已經(jīng)完整走通了：發(fā)動機在返回途中多次重新點火，靠不靠得住？箭體扛不扛得住返回時的高溫和沖擊？導航控制能不能把箭體準確送到船邊？這些問題，那次試驗都給出了肯定的答案。

初樣火箭飛行濺落在回收船附近 | 新華社

所以，與其說長征十號乙是首飛即成功，不如說它是把一場排練了無數(shù)遍的演出搬上了正式舞臺，只補上了最后一個動作：落網(wǎng)。

對未來意味著什么？

這次成功，首先受益的，是我國的載人登月工程。

我國計劃將在2030年前實現(xiàn)載人登月 | CMS

長征十號乙不是一款單打獨斗的火箭，它背后是整個長征十號系列，而這個系列擔負的正是2030年前送中國人上月球的任務。

作為家族中第一個上天的成員，長征十號乙今天驗證的發(fā)動機多次點火、返回飛行控制這些關(guān)鍵技術(shù)，都會變成整個系列共用的家底，為長征十號系列后續(xù)型號研制積累關(guān)鍵技術(shù)和工程經(jīng)驗。

另一頭受益的，是正在加緊建設的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。

我國低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)正在加速建設 | 央視新聞

國網(wǎng)、千帆等我國低軌星座即將進入大規(guī)模組網(wǎng)階段。這類星座動輒規(guī)劃上萬顆衛(wèi)星，要把它們送上天，靠的正是前文說到的兩點：低成本，高頻次。

長征十號乙在回收狀態(tài)下的近地軌道運力不小于16噸，等它今后實現(xiàn)穩(wěn)定復用，發(fā)射成本將進一步降低，正好可以承接星座組網(wǎng)的發(fā)射需求。

正在靜態(tài)點火試驗中的朱雀三號Y2火箭一級，火箭將在近期發(fā)射并試驗回收 | 藍箭航天

而且，長征十號乙只是打了個頭陣。

國內(nèi)還有多款可重復使用火箭已經(jīng)排上日程，朱雀三號等型號的飛行回收試驗也將陸續(xù)展開。可以想見，火箭落地、檢修、再出發(fā)，未來會一步步變成中國航天的日常。

今天被大網(wǎng)接住的，是一枚火箭的第一次歸來。往后，歸來會成為常態(tài)，出發(fā)也是。

作者：百舸爭流

編輯：Steed

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