不用“筷子”,中国为何选择一张网?

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不用“筷子”,中国为何选择一张网?

一枚执行发射任务的火箭一级,从高空调头返回。它不像美国太空探索技术公司的“猎鹰9号”那样伸出四条着陆腿,亦没有飞往发射塔上的两根“筷子”,而是降落在海面上的一张网中。

7月10日,长征十号乙运载火箭在海南商业航天发射场发射升空。完成任务后,火箭一子级垂直返回,于海上平台成功回收。这标志着我国首次实现运载火箭一子级可控回收,同时成为全球首次运用网系方式完成运载火箭一级的回收工作。

7月10日12时15分,长征十号乙运载火箭在海南商业航天发射场点火升空,将卫星顺利送入预定轨道。火箭一二级分离约6分钟之际,一子级垂直返回,并在海上回收平台上通过网系捕获方式成功回收。图/中新社记者 骆云飞 摄

几乎同期,日本可回收火箭实验飞行器在低空测试中完成垂直着陆。此前,SpaceX已用发射塔机械臂捕获返回的超级重型助推器,即所谓“筷子夹火箭”。火箭回收方式,正成为全球航天竞争与发展的重要方向。

此次回收引人注目的,不仅是一枚火箭被接住,还在于中国为何选择回收网,它与“猎鹰9号”的着陆腿、SpaceX的“筷子夹火箭”有何分别,以及一次成功回收距离真正降低发射成本有多远。

图为海南商业航天发射场测控大厅屏幕上,直播的长征十号乙运载火箭一级在“领航者”号回收船上通过网系捕获方式垂直回收的实况。图/中新社记者 骆云飞 摄

能节省多少重量?

长征十号乙的网系回收,建立在中国多年可控返回技术的基础之上。2019年,长征二号丙开展栅格舵控制落区试验,使火箭一级从被动坠落转为可预测、可修正的再入飞行。同年,中国民营航天企业实施约300米级垂直起降飞行试验。此后,“星云-M”“双曲线二号”验证箭、“朱雀三号”试验箭以及国家队重复使用试验箭,相继进行了不同高度的垂直起降验证。

这些项目并非同一型号,不能直接拼接成长征十号乙的研发历史,但它们展现了中国航天企业在发动机节流、姿态控制、返回制导和精准着陆等领域的整体积累。2023—2024年,试验从低空“跳跃”推进到公里级、十公里级飞行;长征十号系列一子级动力系统试车,进一步验证了多台发动机、推进剂供应、箭体结构和控制系统的匹配性。

网系回收是在这条技术链上新增的环节。它还需攻克箭体捕获接口、柔性网动力学、缓冲吸能、平台运动补偿、捕获后防倾倒,以及海上吊装和防腐等新问题。此次任务意味着分离、再入、减速、飞行路线控制和海上捕获首次在真实发射条件下形成闭环。

网系回收最直接的作用,是减轻火箭本身携带的着陆设备。“猎鹰9号”的四条着陆腿并非单纯支架,而是包含承力结构、展开结构、折叠铰链、缓冲装置和箭体底部加强结构。有工程估算认为,相关结构可能达到2—2.4吨,约相当于“猎鹰9号”一级干重的10%,而非加满推进剂后总质量的10%。

对火箭而言,结构质量极为关键。依据齐奥尔科夫斯基火箭方程的简化模型,若其他条件不变,理想状态下,若一级结构质量减少约10%,入轨有效载荷可能相应增加10%。

网系回收仍需增设捕获接口并加强局部结构,同时保留返回推进剂,减少2吨着陆腿不代表有效载荷必然增减2吨。但理想情况下,若增加10%,即约2吨近地轨道运力,按每公斤5000—8000美元计价,对应的潜在运力价值可达1000万—1600万美元。这就解释了造价高昂的海上平台为何在经济上具备可行性:原本每次需随火箭升空的设备,转为可重复使用的基础设施。

回收网还能通过变形延长制动距离、降低撞击力。网的功能不仅在于扩大捕获范围,更利于分散载荷和吸收能量。

与“筷子夹火箭”有何差异?

SpaceX在“星舰”试验飞行中,使用发射塔两侧的机械臂捕获超

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