歷史性一落！我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)大型火箭一級(jí)回收

北京時(shí)間今天中午12時(shí)15分，我國(guó)新一代大型液體火箭長(zhǎng)征十號(hào)乙，在海南商業(yè)航天發(fā)射場(chǎng)2號(hào)工位點(diǎn)火升空，順利將有效載荷送入預(yù)定軌道，首飛告捷。

而在發(fā)射任務(wù)之外，這枚火箭還有一項(xiàng)試驗(yàn)備受關(guān)注，那就是芯一級(jí)回收。

長(zhǎng)征十號(hào)乙點(diǎn)火升空 | 微博@China航天

在距離發(fā)射場(chǎng)射向430公里外的南海海域，完成任務(wù)的芯一級(jí)飛了回來(lái)，垂直下降，穩(wěn)穩(wěn)落進(jìn)“領(lǐng)航者”號(hào)海上平臺(tái)張開(kāi)的巨網(wǎng)里。

這張網(wǎng)高36米，架在一艘滿載排水量2.5萬(wàn)噸的大船上，專門用來(lái)接火箭。

長(zhǎng)征十號(hào)乙芯一級(jí)網(wǎng)系捕獲 | 微博@空天逐夢(mèng)

這一接，創(chuàng)下兩項(xiàng)紀(jì)錄。

我國(guó)成為繼美國(guó)之后，第二個(gè)完成大型液體運(yùn)載火箭芯一級(jí)回收飛行驗(yàn)證的國(guó)家。

而用網(wǎng)接住火箭，全世界都是頭一回。

長(zhǎng)征十號(hào)乙芯一級(jí)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(gè)比方。一架飛機(jī)從北京飛到上海，落地之后加個(gè)油、做個(gè)檢查，就能接著飛下一趟。傳統(tǒng)火箭不行，用一次就沒(méi)了。一級(jí)把載荷推上天，任務(wù)一完成就墜落報(bào)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(jī)，成本可想而知。

偏偏一級(jí)還是整枚火箭上最貴的部分之一：塊頭最大，發(fā)動(dòng)機(jī)最多，技術(shù)也最復(fù)雜。要是能把它收回來(lái)，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(lái)計(jì)。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(lái)還能接著用，節(jié)奏就能提起來(lái)。

這條路已經(jīng)有人走通了，美國(guó)SpaceX的獵鷹9號(hào)靠著一級(jí)反復(fù)復(fù)用，把發(fā)射頻率做到了一年100多次。

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

為什么網(wǎng)系回收？

目前國(guó)際上最主流的回收方案，以美國(guó)SpaceX的獵鷹9號(hào)為代表，是讓火箭自己落回來(lái)“站”著。一級(jí)在返回途中展開(kāi)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(tái)。

獵鷹9號(hào)火箭芯一級(jí)著陸在海上回收平臺(tái) | SpaceX

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

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

獵鷹9號(hào)著陸腿 | Ken Kremer

長(zhǎng)征十號(hào)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(méi)有本質(zhì)區(qū)別。一二級(jí)分離后，芯一級(jí)展開(kāi)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(dòng)機(jī)再次點(diǎn)火反推減速，朝著南海上等候的“領(lǐng)航者”號(hào)飛去。

領(lǐng)航者號(hào)也沒(méi)閑著，它靠動(dòng)力定位系統(tǒng)頂住風(fēng)浪，把自己穩(wěn)穩(wěn)定在預(yù)定海域。

真正的不同在最后一步。獵鷹九號(hào)這時(shí)候要放腿準(zhǔn)備著陸，長(zhǎng)征十號(hào)乙不用。它飛到平臺(tái)上方，把水平速度減到零，然后垂直下降。平臺(tái)上，繩網(wǎng)圍攏成一個(gè)“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(diǎn)點(diǎn)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(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院

這個(gè)過(guò)程很像艦載機(jī)著艦。戰(zhàn)斗機(jī)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(zhǎng)征十號(hào)乙也是被“攔”下來(lái)的，區(qū)別是艦載機(jī)橫著沖過(guò)來(lái)，它豎著落下去。

這樣一來(lái)，著陸裝置的重量就從火箭身上轉(zhuǎn)移到了平臺(tái)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(méi)人做成過(guò)的網(wǎng)系回收。

這靠的，不是運(yùn)氣好。

在今天之前，這套動(dòng)作里的每一環(huán)，幾乎都單獨(dú)排練過(guò)。

早在地面階段，一級(jí)的七臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)就做過(guò)兩次系留點(diǎn)火試驗(yàn)：火箭被固定在發(fā)射工位上，只點(diǎn)火、不起飛，專門考核七臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)開(kāi)機(jī)時(shí)近千噸推力下的表現(xiàn)，連返回減速時(shí)的二次點(diǎn)火都在地面預(yù)演過(guò)。

更關(guān)鍵的一次排練，在今年2月11日。我國(guó)在文昌航天發(fā)射場(chǎng)實(shí)施了長(zhǎng)征十號(hào)運(yùn)載火箭系統(tǒng)低空演示驗(yàn)證（夢(mèng)舟載人飛船系統(tǒng)最大動(dòng)壓逃逸飛行試驗(yàn)），這是長(zhǎng)征十號(hào)系列火箭第一次以初樣狀態(tài)飛行。

今年2月實(shí)施的長(zhǎng)征十號(hào)低空演示驗(yàn)證與夢(mèng)舟飛船最大動(dòng)壓逃逸飛行試驗(yàn) | 新華社

那次試驗(yàn)里，火箭一級(jí)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(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)，箭體垂直落入預(yù)定海域，濺落點(diǎn)就在前來(lái)配合演練的領(lǐng)航者號(hào)附近。

那是我國(guó)火箭一級(jí)箭體第一次海上濺落。

換句話說(shuō)，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(dòng)機(jī)在返回途中多次重新點(diǎn)火，靠不靠得住？箭體扛不扛得住返回時(shí)的高溫和沖擊？導(dǎo)航控制能不能把箭體準(zhǔn)確送到船邊？這些問(wèn)題，那次試驗(yàn)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(shuō)長(zhǎng)征十號(hào)乙是首飛即成功，不如說(shuō)它是把一場(chǎng)排練了無(wú)數(shù)遍的演出搬上了正式舞臺(tái)，只補(bǔ)上了最后一個(gè)動(dòng)作：落網(wǎng)。

對(duì)未來(lái)意味著什么？

這次成功，首先受益的，是我國(guó)的載人登月工程。

我國(guó)計(jì)劃將在2030年前實(shí)現(xiàn)載人登月 | CMS

長(zhǎng)征十號(hào)乙不是一款單打獨(dú)斗的火箭，它背后是整個(gè)長(zhǎng)征十號(hào)系列，而這個(gè)系列擔(dān)負(fù)的正是2030年前送中國(guó)人上月球的任務(wù)。

作為家族中第一個(gè)上天的成員，長(zhǎng)征十號(hào)乙今天驗(yàn)證的發(fā)動(dòng)機(jī)多次點(diǎn)火、返回飛行控制這些關(guān)鍵技術(shù)，都會(huì)變成整個(gè)系列共用的家底，為長(zhǎng)征十號(hào)系列后續(xù)型號(hào)研制積累關(guān)鍵技術(shù)和工程經(jīng)驗(yàn)。

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

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

國(guó)網(wǎng)、千帆等我國(guó)低軌星座即將進(jìn)入大規(guī)模組網(wǎng)階段。這類星座動(dòng)輒規(guī)劃上萬(wàn)顆衛(wèi)星，要把它們送上天，靠的正是前文說(shuō)到的兩點(diǎn)：低成本，高頻次。

長(zhǎng)征十號(hào)乙在回收狀態(tài)下的近地軌道運(yùn)力不小于16噸，等它今后實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定復(fù)用，發(fā)射成本將進(jìn)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(diǎn)火試驗(yàn)中的朱雀三號(hào)Y2火箭一級(jí)，火箭將在近期發(fā)射并試驗(yàn)回收 | 藍(lán)箭航天

而且，長(zhǎng)征十號(hào)乙只是打了個(gè)頭陣。

國(guó)內(nèi)還有多款可重復(fù)使用火箭已經(jīng)排上日程，朱雀三號(hào)等型號(hào)的飛行回收試驗(yàn)也將陸續(xù)展開(kāi)。可以想見(jiàn)，火箭落地、檢修、再出發(fā)，未來(lái)會(huì)一步步變成中國(guó)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(lái)。往后，歸來(lái)會(huì)成為常態(tài)，出發(fā)也是。

作者：百舸爭(zhēng)流

編輯：Steed

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