長(zhǎng)征十號(hào)乙網(wǎng)系回收，不算抄藍(lán)色起源專(zhuān)利，但沒(méi)spaceX獵鷹9先進(jìn)

“感謝馬斯克開(kāi)源！”“咱們中國(guó)人更聰明，干翻spaceX”

看到7月12日的長(zhǎng)征十號(hào)乙海上網(wǎng)系回收，網(wǎng)友評(píng)論兩極分化，一邊批評(píng)中國(guó)航天技術(shù)不如馬斯克，另一邊喊遙遙領(lǐng)先贏麻了。

真實(shí)技術(shù)水平啥樣？稍微了解一下技術(shù)細(xì)節(jié)就知道了。

2017年，美國(guó)的藍(lán)色起源公司申請(qǐng)了一個(gè)專(zhuān)利[1]，《航天器垂直著陸系統(tǒng)及相關(guān)方法》，英文名《Vertical landing systems for space vehicles and associated methods》，專(zhuān)利號(hào)US10822122B2。

題圖是專(zhuān)利的總體示意圖。乍一看，四根立柱+系繩，中國(guó)領(lǐng)航者號(hào)上的大框架跟這個(gè)專(zhuān)利很像，有人質(zhì)疑抄襲這個(gè)專(zhuān)利。

仔細(xì)看下專(zhuān)利，發(fā)現(xiàn)二者差別很大。

題圖左上部的圓柱體是火箭，火箭頂端的向上箭頭是掛鉤。122a/122b/123c是一個(gè)菱形系繩，122d/122c是另一個(gè)菱形系繩。兩個(gè)系繩都系在四根立柱上，四根立柱上都安裝著滑輪組。

題圖右半邊是一個(gè)柱子頭，一根系繩122d穿過(guò)水平桿子128d，另一根系繩122b由滑輪組拉著，用于卸力。

藍(lán)色起源專(zhuān)利的特點(diǎn)有2個(gè)：兩個(gè)菱形系繩、繩子系在4根立柱上。

再看中國(guó)的領(lǐng)航者號(hào)回收船[2][3]的特點(diǎn)：系繩是井字形、繩子系在4個(gè)水平框架上、系繩有兩層。

顯然，中國(guó)的系網(wǎng)回收沒(méi)有抄襲藍(lán)色起源的專(zhuān)利。

有人會(huì)說(shuō)，方形框架跟藍(lán)色起源的專(zhuān)利相同啊，也不算抄襲嗎？真不算！能想起這種框架的人沒(méi)有三億也兩億。

例如這個(gè)2016年申請(qǐng)的專(zhuān)利，《火箭著陸系統(tǒng) Rocket landing systems》[4],專(zhuān)利號(hào)US20220135259A1。4根立柱拉著繩子，回收繩網(wǎng)是井字形，而且繩網(wǎng)是兩層！跟領(lǐng)航者號(hào)繩網(wǎng)的主要差別只有一個(gè)：立柱之間也用繩子軟連接，不是用框架硬連接。

特別注意，這個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)人不是spaceX，也是不藍(lán)源起源，而是個(gè)人(Individual)。

我申請(qǐng)過(guò)多個(gè)專(zhuān)利，拿到的專(zhuān)利授權(quán)也不少，對(duì)專(zhuān)利有一丁點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。專(zhuān)利中的點(diǎn)子很容易想出來(lái)，但實(shí)現(xiàn)點(diǎn)子的功能很難很難。

就像獵鷹9火箭的著陸腿，點(diǎn)子很簡(jiǎn)單：火箭離地面幾十米的時(shí)候，把腿伸出來(lái)；在火箭接觸地面的一瞬間把速度降為0，然后發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)就行了。實(shí)現(xiàn)這個(gè)點(diǎn)子卻很難，spaceX回收成功10年了，還沒(méi)有第二家掌握著陸腿技術(shù)。

很多人想知道，跟著陸腿回收相比，網(wǎng)系回收技術(shù)是先進(jìn)還是落后？

這個(gè)問(wèn)題很難回答，難的不是技術(shù)。

進(jìn)步很大，這點(diǎn)毫無(wú)疑問(wèn)。網(wǎng)系回收打破了馬斯克的技術(shù)壟斷，中國(guó)星網(wǎng)、千帆星座的發(fā)射成本大幅降低，能跟星鏈競(jìng)爭(zhēng)。

技術(shù)難度上，著陸腿更難。

長(zhǎng)十乙一級(jí)火箭在回收時(shí)開(kāi)著3臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減速[5]。火箭下落速度減到50米每秒后，關(guān)掉2臺(tái)，只留下1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)反推減速。理想情況是，像藍(lán)色起源的新格倫火箭那樣，到達(dá)回收網(wǎng)上方的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)推力和火箭重量相等，火箭懸停瞄準(zhǔn)，然后緩慢下降。在掛鉤與鋼索接觸的一瞬間，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)，火箭自由落體下降，回收成功。

問(wèn)題來(lái)了，YF-100K的最小推力是82.9噸（1250kN*65%/9.8），括號(hào)內(nèi)數(shù)字詳見(jiàn)后文。長(zhǎng)十乙一級(jí)火箭空重50-60噸，推力遠(yuǎn)大于火箭重量，沒(méi)法懸停，火箭必須在減速到0的時(shí)候達(dá)到回收網(wǎng)那里，最好掛鉤恰好鉤住鋼索。

如果關(guān)機(jī)過(guò)早，火箭離回收船很高，自由落體砸下來(lái)，鋼索可能被砸斷。如果關(guān)機(jī)過(guò)晚，火箭可能又飛起來(lái)了。

講到這里，網(wǎng)系回收的優(yōu)勢(shì)就出來(lái)了：緩沖距離長(zhǎng)，對(duì)控制精度要求不太高。從網(wǎng)系回收視頻看，緩沖距離有好幾米。

著陸腿的緩沖距離非常小，以厘米計(jì)。火箭接觸地面的時(shí)候，速度必須接近0。否則，要么著陸腿被砸斷，要么火箭往上竄一下再摔下來(lái)。

總結(jié)一下，網(wǎng)系回收的控制精度要求低，著陸腿要求的控制精度高，米級(jí) vs 厘米級(jí)，二者相差2個(gè)數(shù)量級(jí)。

對(duì)比一下長(zhǎng)征十號(hào)乙與spaceX發(fā)射星鏈的主力火箭獵鷹9[6][7][8]。長(zhǎng)征十號(hào)乙總質(zhì)量760噸，海上回收時(shí)的運(yùn)力16噸，載荷重量比例2.1%。獵鷹9號(hào)總質(zhì)量549噸，海上回收運(yùn)力卻達(dá)到17.5噸，載荷重量比例3.2%。

載荷重量比例差這么多，根本原因是YF-100K發(fā)動(dòng)機(jī)性能不如梅林(Merlin)1D發(fā)動(dòng)機(jī)。

發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的指標(biāo)是推重比，梅林1D推重比達(dá)到驚人的184，以470公斤的自重產(chǎn)生86噸（845/9.8）的推力。YF-100K的推重比只有70.1，差不少。詳細(xì)對(duì)比見(jiàn)下表[9][10]↓↓↓

長(zhǎng)十乙為什么第一次就用海上回收？2.5萬(wàn)噸的大船不但成本高，而且花費(fèi)時(shí)間多。為什么不用陸地上回收？如果像獵鷹9那樣，直接返回陸地，著陸地點(diǎn)只離發(fā)射場(chǎng)幾公里遠(yuǎn)，半小時(shí)就能拉回發(fā)射場(chǎng)準(zhǔn)備下次發(fā)射。

原因應(yīng)該有兩個(gè)：一是，返回陸地得空中調(diào)頭，一級(jí)火箭由近似平躺著向東飛，想辦法將速度降到0，然后以近似平躺的姿態(tài)向西飛。這個(gè)過(guò)程需要精確的控制技術(shù)，不然火箭會(huì)摔下來(lái)或者瞄不準(zhǔn)回收網(wǎng)。

二是，調(diào)頭、430公里返回路程會(huì)消耗大量燃料，大幅減少有效載荷。

網(wǎng)系回收能降低火箭成本，值得慶祝，但要認(rèn)識(shí)到差跟。繼續(xù)追趕發(fā)動(dòng)機(jī)推重比、控制精度，著陸腿回收、筷子回收技術(shù)，肯定能掌握。

同志，你覺(jué)得幾年能趕上馬斯克的星艦？

全文完。求關(guān)注，求轉(zhuǎn)評(píng)贊三連。