三問全球首次“網抱”式火箭回收

　　7月10日，長征十號乙運載火箭成功首飛，同時火箭一級在海上平臺通過網系捕獲方式成功回收。這是我國首次成功實施火箭一級可控回收，也是全球首次火箭網系回收，標志著我國在重復使用火箭技術領域取得歷史性突破。

　　網系回收是我國獨創的一種新型箭地協同火箭回收模式，可讓火箭不用靠“腿”站立，而是直接飛進一張大網里，被溫柔地“抱”住。相比目前國際主流的垂直起降回收模式，這種箭船“共舞”的回收方式，有助于提高回收過程中捕獲、緩沖的成功率。

　　記者從中國航天科技集團了解到，這種能讓火箭回收更“簡單”的方案，技術并不簡單。

　　第一問：火箭返回，如何完成一套極限“體操”？

　　長征十號乙運載火箭，是中國航天科技集團一院抓總研制的5米直徑兩級構型大型液體運載火箭。此次任務，火箭一級返回全程處于復雜氣流中，就像完成一套極限“體操”。它要在不到6分鐘時間里完成調頭、減速、精確著陸等一系列高難度、高精度動作，實現“控得住”“回得準”“落得穩”“接得住”。

　　火箭一級與二級分離后，開啟了返回之旅。此時，它在慣性作用下，仍處于向上飛行狀態，首先要滑行、調整姿態，在空中掉個頭，由上升變為下墜。

　　在高速下墜過程中，發動機點火反推，減緩降落速度。這一過程，要在極短時間內完成推進劑管理、貯箱增壓、發動機預冷等一系列復雜準備。

　　接下來，箭體上的柵格舵打開，如同張開一對小翅膀，幫助火箭調整姿態。與此同時，推進劑沉底管理系統同步工作，將儲箱內的推進劑沉降集中至底部，為后續發動機點火做好準備。

　　完成了滑行、調姿，火箭依靠柵格舵產生的氣動阻力，進一步實施氣動減速。這是防熱設計的關鍵驗證環節，箭體底部要承受嚴苛的氣動加熱和氣動載荷考驗。

　　隨著高度降低，火箭要再次啟動發動機減速，并通過導航與定位裝置獲取回收平臺的精確位置。進入網系后，火箭緩緩下降，箭上掛索機構展開；塔架四角的激光雷達實時測量火箭的位置和姿態，驅動呈“井”字形的繩索掛住火箭，并消除它下落的勢能。就像一位父親伸出雙手，從高處接下自己的孩子。

　　最后，回收系統為火箭系上“安全帶”，使其完全穩固。

　　第二問：回收系統怎樣與火箭“雙向奔赴”？

　　網系回收并不是簡單地“張網以待”，回收系統要與火箭“雙向奔赴”，在動態中實現極為精準的協同匹配。

　　據中國航天科技集團專家介紹，在火箭“找”船的同時，船也在“找”火箭，兩個擁有各自六自由度運動的物體，要在海浪擾動下完成高動態“對接”。

　　在茫茫大海上，回收平臺在風浪中不可能靜止不動，即便其配備的DP2級動力定位系統能抵抗漂移，卻無法完全消除晃動；火箭下降時也不是完全直落，有一定的機動滾轉，兩者之間要實時接收平臺的晃動與位置數據，主動補償角度偏差。

　　這一過程，除了考驗火箭的智能控制與自主飛行技術、發動機在極端環境下保持穩定工作的能力等，也要求回收平臺具備快速響應能力，要能精準判斷火箭進入時機，并通過緩沖、固定等機構吸收沖擊力。另一方面，回收系統的塔架結構高67米，相當于20多層樓，加上設備總重約5400噸，設計難度極大?？傮w來說，回收系統融合了機械工程、自動控制和材料科學等多領域技術。

　　第三問：網系回收比傳統方案好在哪？

　　垂直起降是目前國際主流的火箭回收模式?；仡欉^往回收失敗案例，大部分發生在最后著陸階段，無論是落點、力度還是落地后的平衡，任一環節稍有偏差都可能導致功虧一簣。

　　網系回收也屬于垂直起降回收的一種，但這一方案降低了發動機和箭體調控難度，對火箭的著陸指標更友好。就如同給油瓶加上一個漏斗，通過網系的協同，可以“放大”捕獲窗口，對火箭落點偏差有更強的適應能力?；厥障到y“接”住火箭以后，也能幫助它緩沖、固定，提高回收成功率。

　　同時，網系回收有助于簡化箭上結構，讓火箭不需要配備復雜的著陸腿，從而減輕箭體重量，增加運載能力。

　　后續，網系回收系統還可以通過系列化設計，適應不同規?；鸺幕厥招枨?。該方案將助力中國航天開展低成本、高頻次、可持續的太空探索。

來源：科技日報