你是否想過，發(fā)射一次火箭需要多少成本？

“高成本”如同一塊沉重的巨石，牢牢擋在全球太空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展賽道上。

誰能移開這塊石頭，實(shí)現(xiàn)降本增效，誰就能在這條賽道上跑得更快。

2月11日，我國(guó)在文昌航天發(fā)射場(chǎng)完成了一項(xiàng)重要任務(wù)——成功組織實(shí)施長(zhǎng)征十號(hào)運(yùn)載火箭系統(tǒng)低空演示驗(yàn)證，以及夢(mèng)舟載人飛船系統(tǒng)最大動(dòng)壓逃逸飛行試驗(yàn)。

不過，這次試驗(yàn)中最受關(guān)注的并非火箭本身，而是一艘名為“領(lǐng)航者”號(hào)的船。

這艘船究竟有什么作用？它和火箭之間又有怎樣的聯(lián)系？讓我們慢慢道來。

火箭回收，究竟難在哪里

要推動(dòng)商業(yè)航天的規(guī)?；瘧?yīng)用，核心難題在于火箭的可回收與重復(fù)利用。北斗三號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師林寶軍曾透露，目前國(guó)內(nèi)衛(wèi)星發(fā)射成本約為1萬美元/公斤。而美國(guó)SpaceX的“星鏈”通過火箭重復(fù)使用降低了成本，數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)火箭復(fù)用次數(shù)超過10次，單次發(fā)射成本可降至原來的30%左右。由此可見，我國(guó)在這方面還有很大的提升空間。

更關(guān)鍵的是，我國(guó)正面臨“星多箭少”的困境。隨著“GW星座”“千帆星座”等衛(wèi)星組網(wǎng)計(jì)劃的加速推進(jìn)，2025到2030年，我國(guó)年均衛(wèi)星發(fā)射需求將超過1000顆。如果缺乏火箭回收能力，每次發(fā)射都需要制造新火箭，不僅成本高昂，發(fā)射節(jié)奏也會(huì)很慢。

因此，加快發(fā)展火箭回收與復(fù)用技術(shù)，不是可選的“選修課”，而是必須完成的“必答題”。

2023年，我國(guó)藍(lán)箭航天自主研發(fā)的朱雀二號(hào)遙二火箭成功入軌，成為全球首款液氧甲烷商用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

不久前，中國(guó)首枚可回收運(yùn)載火箭——朱雀三號(hào)成功發(fā)射，火箭二級(jí)將載荷送入預(yù)定軌道，實(shí)現(xiàn)了“入軌”目標(biāo)，但一級(jí)助推器在回收著陸環(huán)節(jié)遺憾失利。

這次失利讓我們更清楚地認(rèn)識(shí)到：讓火箭“回家”的難度，就像從100層樓高的地方扔下一支鋼筆，還得讓它準(zhǔn)確落到地面的筆筒里一樣。

中國(guó)科協(xié)航天科普專家顏翔認(rèn)為，火箭回收最主要的技術(shù)挑戰(zhàn)在于四個(gè)“精確”：

精確制導(dǎo)：火箭要在高超音速狀態(tài)下實(shí)時(shí)計(jì)算返回軌跡，從分離點(diǎn)到著陸點(diǎn)，每秒都要規(guī)劃最優(yōu)路徑，稍有偏差就可能偏離著陸場(chǎng)數(shù)公里。

精確控制：通過柵格舵和反推發(fā)動(dòng)機(jī)在稀薄大氣中調(diào)整姿態(tài)，火箭重心高、橫截面大，極易失穩(wěn)翻滾。

精確減速：燃料只夠一次減速機(jī)會(huì)，點(diǎn)火早了會(huì)墜毀，晚了會(huì)撞擊，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)機(jī)和推力大小必須分毫不差。

精確抗擾：高空風(fēng)速可達(dá)每秒幾十米，火箭要在狂風(fēng)中保持平衡，傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和飛控算法必須毫秒級(jí)響應(yīng)。

實(shí)現(xiàn)火箭回收，本質(zhì)上是要解決一個(gè)矛盾：既要讓火箭有足夠的動(dòng)力推送幾十噸載荷上天，又要讓它能輕盈平穩(wěn)地著陸。

全球范圍內(nèi)，哪種回收方式最“亮眼”？

為了實(shí)現(xiàn)火箭回收，全球工程師們想出了各種辦法。目前主要有6種技術(shù)路徑：

1.垂直起降回收：這是目前最主流、最成熟的方式，通過發(fā)動(dòng)機(jī)反推減速實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)著陸。它的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可重復(fù)性高，但對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)和著陸控制的精度要求極高。

2.有翼滑翔回收：給火箭裝上“翅膀”，讓它像飛機(jī)一樣滑翔降落，著陸平穩(wěn)，但整體系統(tǒng)龐大，維護(hù)成本較高。

3.降落傘/氣囊回收：這是早期航天探索的方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)門檻低，但控制精度低、落點(diǎn)分散，且海水腐蝕嚴(yán)重，火箭落點(diǎn)受風(fēng)力影響大，目前已基本被淘汰。

采用傘系減速+氣囊緩沖的典型航天器 圖源中國(guó)航天

4.空中捕獲回收：火箭實(shí)驗(yàn)室的小火箭“電子號(hào)”曾嘗試用直升機(jī)在半空中鉤住帶降落傘的火箭進(jìn)行回收，但因操作風(fēng)險(xiǎn)高、成功率低，該公司已轉(zhuǎn)向其他方案。

5.塔臂/機(jī)械臂/網(wǎng)面捕捉：這是新興且極具工程美感的方式，SpaceX星艦曾用“機(jī)械臂”在空中夾回火箭。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是無需著陸支架，節(jié)省重量與燃料，但對(duì)地面控制和協(xié)調(diào)精度要求極高。

6.有翼助推器自主返回：助推器自帶可展開翼面或發(fā)動(dòng)機(jī)艙，返回時(shí)可滑翔或自主飛回。這一設(shè)計(jì)技術(shù)復(fù)雜，目前仍處于試驗(yàn)階段。

而我國(guó)的“領(lǐng)航者”號(hào)，采用的正是第5類——網(wǎng)面捕捉技術(shù)的海上工程化應(yīng)用。

如何用一張網(wǎng)“撈回”火箭

“領(lǐng)航者”號(hào)由廣船國(guó)際聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所建造，是我國(guó)首個(gè)獲得中國(guó)船級(jí)社（CCS）簽發(fā)入級(jí)證書和法定證書的海上火箭回收平臺(tái)。它長(zhǎng)144米，外廓寬50米，吃水5.5米，滿載排水量2.5萬噸，具備DP2動(dòng)力定位能力。

“領(lǐng)航者”號(hào)的技術(shù)原理很巧妙：在高空布設(shè)阻攔索，當(dāng)火箭降至一定高度時(shí)，箭上的掛鉤會(huì)掛在4根“井”字型繩索上，火箭就這樣被“網(wǎng)”住了。

專家介紹，這是一種新型箭地協(xié)同火箭回收模式，其中包括回收船與火箭的頻繁交互以實(shí)現(xiàn)“箭找船”；火箭的多重關(guān)機(jī)策略要保證掛鉤與網(wǎng)平面的相對(duì)幾何關(guān)系；箭上掛鉤與緩沖索、緩沖缸等要進(jìn)行多重阻尼特性匹配，以實(shí)現(xiàn)火箭平穩(wěn)接駁等。

也就是說，火箭和地面裝置必須高度配合，才能完成這場(chǎng)“空中握手”。

作為回收船，“領(lǐng)航者”號(hào)在建造過程中面臨著普通船舶難以想象的挑戰(zhàn)：姿態(tài)協(xié)同要求高、定位精度要求苛刻、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大。

盡管挑戰(zhàn)重重，科研人員還是交出了滿意的答卷。

在2月份的試驗(yàn)中，“領(lǐng)航者”號(hào)在無人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)了5級(jí)海況的動(dòng)力定位，并成功導(dǎo)引長(zhǎng)征十號(hào)運(yùn)載火箭一級(jí)箭體至預(yù)設(shè)海域（領(lǐng)航者旁邊200米處）濺落。

這次試驗(yàn)成功驗(yàn)證了火箭飛行、飛船逃逸、海上回收等關(guān)鍵功能，為后續(xù)載人月球探測(cè)積累了寶貴數(shù)據(jù)。

可回收只是第一步，從這張“網(wǎng)”開始，我們正在編織一張更宏大的藍(lán)圖。

這張藍(lán)圖，展現(xiàn)著中國(guó)從航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)跨越的堅(jiān)定步伐。

原標(biāo)題：《如何用一張“網(wǎng)”，在海上接火箭“回家”？》

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