火箭“回家”各显神通——我国两种回收路线大揭秘

就在今年，中国航天接连实现两次火箭一级回收试验：长征十号乙在茫茫大海被大网温柔“抱住”，朱雀三号在戈壁荒原靠着陆支腿稳稳“站住”。一海一陆，一网一腿，两条路线各显神通。

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一枚把航天器送往太空的火箭，完成发射任务后该何去何从？过去几十年，绝大多数火箭都是一次性消耗品，把卫星载荷送入轨后箭体便坠毁报废，若能回收重复使用一级，就能大幅降低发射成本。
一枚火箭通常由一级、二级和整流罩组成，火箭回收的核心对象，是携带发动机的火箭一级，约占整箭造价的七成。一二级分离时它身处近百公里高空、速度达数倍音速，要平安“回家”，须在几分钟内完成：高空调姿转向、发动机二次点火反推减速、借大气阻力减速、最后发动机着陆点火刹车精准落在回收点。姿态、轨迹、落地、缓冲环环相扣，容不得闪失。两种火箭返航前半段流程相近，后半段却走上两条截然不同的技术道路。
先看长征十号乙的海上网系回收。7月10日，它从海南商业航天发射场升空，约6分钟后一级返航，不靠着陆腿，直接飞向海上“领航者”号回收平台，被拦阻网捕获，完成全球首次海上网系回收。为什么选海上？因为海南发射后弹道下方没有合适陆地当回收场，只能沿轨迹飞向海洋；若用传统着陆腿垂直降落，要在风浪中不停晃动的狭小船甲板上精准落地，难度极高。于是，科研人员创新性的把承担缓冲和降落支撑作用的“重活”搬到海上平台：“领航者”号上面，长144米、宽50米、满载排水量2.5万吨，甲板上架起“井”字形拦阻网。火箭底部只需一个轻巧挂钩，下落时精准挂入网体，由网系多层缓冲逐步化解上百吨冲击。火箭不必携带粗重着陆腿，因此自身重量大减，省下的重量可直接转化为运载能力。但网系回收对拦阻网的材料性能与协同控制都有极高的要求，要强韧抗拉、缓冲吸能，还要配合船体摇摆动态及时调整拦阻网的位置。
再看朱雀三号的着陆腿陆地回收。8月19日清晨，朱雀三号遥二运载火箭点火升空，7点41分火箭一级按照预定程序，依靠四条着陆腿稳定落在甘肃民勤的着陆场坪，实现我国首次入轨级运载火箭一子级着陆支腿方式的陆地回收。为什么选择着陆腿？这种方式把着陆缓冲和降落支撑所需要的主要系统都集成在火箭自身。火箭一二级分离后，一子级先在高空调整姿态，随后通过发动机点火减速，在进入稠密大气层后发动机关机利用栅格舵等控制装置不断修正姿态和轨迹。在接近地面时，发动机再次点火，就像给高速下落的火箭精准“踩下刹车”并“停车入库”，四条着陆腿随即展开，吸收触地冲击，让几十米高的箭体稳稳“站住”。这种回收方式的好处，是着陆场坪固定并实现极简设计，火箭落地后的检测、维护和转运更加便利，也为后续重复使用创造条件。但要让火箭自己“飞回来、落得准、站得稳”，需要发动机、制导控制、栅格舵、着陆腿等多个系统高度协同，对火箭返回过程的自主控制和系统可靠性提出了很高要求。
对比两种方案，并无高下之分，只是依据不同箭体条件和发射条件作出的最优选择。一海一陆、一抱一站，两次试验相继成功，标志着我国同时掌握海上网系与着陆腿两套完整的可重复使用火箭回收体系，它们更是我国在建设航天强国道路上生动的实践。

编   辑：李再泽

校   对：徐   峰、李   芊

监   制：弋   璘、熊   攀

来   源：科普中国

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