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“網系回收”的最大優勢是回收火箭更容易,而且由于是柔性回收,對火箭損耗不大,可以更多次地使用。
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▲7月10日,長征十號乙運載火箭在海南商業航天發射場發射升空。圖/新華社
文|張田勘
“為祖國驕傲,為航天自豪!”
2026年7月10日,我國長征十號乙運載火箭在海南商業航天發射場發射升空,將衛星順利送入預定軌道,并歷史性地實現火箭可控回收后,網上一片沸騰。
此次發射最讓人關注的就是火箭回收方式。在發射后,火箭一二級分離,一子級垂直返回,在海上回收平臺通過網系捕獲方式回收。這意味著,中國首次成功實施運載火箭一子級可控回收,重復使用火箭技術有了新方式和新突破。
火箭的可回收在航天中意義極為重大,是降低發射成本的重要手段。一級火箭內部裝載有發動機等高價值部件,成本約占火箭總成本的60%。如果能成功回收,就能降低火箭發射成本,提高航天航空的效能,并推動商業化發展。
因此,大運力、高可靠、低成本的可回收火箭是各個航天國家追求的核心技術,并且也展開了激烈的競爭。
長征十號乙運載火箭首飛成功,標志著中國繼美國后成為全球第二個掌握大運力可回收火箭技術的國家,且是全球首個掌握運載火箭網系回收技術的國家。
與SpaceX“筷子夾火箭”有何區別
與馬斯克的SpaceX“筷子夾火箭”不同,中國的火箭回收技術是網系捕獲回收。
網系回收的原理在于,火箭在下降時,通過發動機反推減速與柵格舵姿態雙重控制而讓火箭垂直下降。之后,不是依靠火箭自身的著陸腿,而是直接飛入海上回收平臺張開的柔軟大網中,利用網系的阻攔與形變吸收著陸沖擊力,完成對火箭的捕獲,使其平穩著陸。
這一技術,與航空母艦上的飛機依靠阻攔索降落原理類似。世界上的火箭回收,也因此可以分為“網系回收”與“筷子回收”兩大類,其基本原理既相似,也有區別。
相似處在于,二者都是在火箭一子級分離后通過發動機反推減速、柵格舵控制姿態,以受控方式再入大氣層,但在核心理念、機械結構、著陸容錯和受力機理上卻有差異,可以概括為,“網系回收”是“軟著陸”,“筷子回收”是“硬著陸”。
“網系回收”采用的是由特種纖維與鋼索組成的“井”字形柔性網絡,不需要火箭精準降落在某個絕對位置上,只要降落進入網內,利用繩索的拉伸形變以及底部的滑輪、液壓阻尼器,火箭的動能就能被有效吸收,從而讓火箭“溫柔”地降落。
而SpaceX的“筷子回收”采用的是堅硬的機械臂,是一種特別剛性的鋼結構。當一級火箭下降時,兩個巨大的機械臂會閉合,讓一級火箭兩側的承重銷精準地卡入機械臂的承重槽中。因此,要求火箭在降落終點實現精準的點對點結合。
海上風高浪急,回收船會發生不規律的晃動、起伏和傾斜,因而“網系回收”更能契合這一特點。回收船即便因風浪而偏移數米,或火箭控制有偏差,只要落入大網范圍,柔性網也能憑借自身的彈性把火箭溫軟而牢靠地兜住。
因此,“網系回收”有較大的容錯空間,火箭落點偏差容錯最大可以達到10米。“筷子回收”方式則幾乎是硬碰硬,但陸地回收臺不會晃動,因此可以在技術上追求高精度的控制,讓火箭準確落在機械臂上。
“網系回收”的火箭設計,可以讓火箭頂部或級間段呈現輕量化的“人字形掛鉤”,而且由于網系本身具有極強的消能緩沖能力,可以讓火箭掛鉤和局部結構承受相對較小的瞬時沖擊載荷。
而“筷子回收”除了要求火箭與接收機械臂精準地點對點,還需要材料的硬剛。火箭必須在柵格舵下方設計兩個能夠承受數百噸重量的承重銷。因為,在機械臂夾住火箭的瞬間,箭體需要承受極大的局部集中載荷。
“筷子回收”比較明顯的優點是,可以實現火箭落地即復位的狀態,省去了吊裝、轉運、二次對齊的時間,讓火箭快速重復使用。在火箭被夾住后能直接放回發射臺上,在數小時內就可以再次加注燃料和發射。
“網系回收”的火箭,需要吊裝、轉運、二次對齊,但最大優勢是回收火箭更容易。而且,由于是柔性回收,對火箭的損耗不大,更合適多次使用。
“網系回收”的“三部曲”
“網系回收”體現了中國航天的一種創新思維,是一種新型箭地協同技術。
中國的“網系回收”系統,是部署在海上回收平臺“領航者”號回收船上,由高強度柔性阻攔索、滑輪組、液壓阻尼消能元件等組成的彈性攔截緩沖系統。
這個系統通過材料變形和阻尼器工作來讓火箭軟著陸,因此它并非像一張普通的大網,而是一個復雜的箭地協同動力學攔截系統,主要包含幾個核心要點。
一是核心組成結構“井”字形阻攔索,由多根高強度、耐高溫特種纖維或鋼索編織而成,在回收船上方的主框架間張開,形成核心捕獲區。
二是火箭上設立掛鉤裝置,長征十號乙等火箭一子級取消了傳統著陸腿,改在級間段或合適位置加裝人字形掛鉤。
此外,智能阻尼緩沖系統是由網系底部連接滑輪組與液壓阻尼器構成,目的是在捕獲火箭的瞬間通過阻尼位移吸收能量。這些結構,形成了網系火箭回收的“三部曲”。
首先是索鉤掛入,火箭垂直減速下降進入回收網,火箭上的掛鉤精準卡入“井”字形網中。然后啟動變形消能,捕獲網的繩索發生拉伸,并在滑輪組的帶動下向外拉動液壓阻尼器,通過流體阻力將火箭巨大的下落動能轉化為熱能耗散掉。
最后是穩定火箭姿態。通過柔性牽引和遞增式減速,將火箭著陸瞬間的過載平穩控制在3G以內,最終讓箭體安全停穩。
“網系回收”與“筷子回收”各有千秋,而且中國航天也將對兩者兼收并蓄,并行采用和推進,加快實現運載火箭從“可回收”向“大規模復用”的實際可行轉化,單次發射成本有望大幅降低。
7月10日“網系回收”成功當天,消息一出,A股商業航天板塊25只個股直接漲停。這不僅是因為中國航天在重復使用火箭技術領域取得了歷史性突破,更是這扎實的一步,也讓資本市場從中看到了中國商業航天的廣闊未來。
撰稿 / 張田勘(科普作家)
編輯 / 遲道華
校對 / 劉軍
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