【军武次位面】 作者:丰羽
中国再次完成一项全球史无前例的壮举。据报道,7月10日12时15分,长征十号乙运载火箭从海南商业航天发射场升空,完成既定发射任务。一二级分离约6分钟后,一子级垂直返回,在海上回收平台成功回收。这是我国首次成功实施运载火箭一子级可控回收,也是全球首次实现运载火箭海上网系回收。
可回收火箭可以看成一辆分段工作的运输车。一级体积最大,发动机最多,负责把整枚火箭从地面推到高空。等到燃料消耗到一定程度后,一级分离,二级继续加速,把卫星送入预定轨道。过去,完成工作的一级火箭通常坠入海中,昂贵的发动机和控制设备也随之报废。可重复使用的目标,就是让一级火箭完成任务后垂直返回,实现循环利用。

▲现场图
当然,想要回收那是难上加难,一级火箭需要在高速飞行中翻转方向,要让剩余推进剂重新沉到发动机入口,还要承受再入时的气动载荷,并依靠栅格舵、导航系统和发动机不断修正落点。直到接近平台,火箭仍要同时控制速度、姿态和位置。
火箭能够回来,说明从发动机多次点火到制导控制的完整技术链条已经打通。而最后如何接住它,则决定了这套能力能否进入实用阶段。中国的方案是网系回收,原理很像航母上的阻拦索。舰载机降落时用尾钩挂住甲板上的钢索,把高速运动的飞机拉停。火箭回收则是把这个过程竖了起来。

▲发射图
专用海上平台领航者号在甲板上架设高耸的回收装置,4根阻拦索组成一个井字形网面。一级火箭从网面中央下降,箭上挂钩与绳索接触后完成捕获,缓冲索、缓冲缸等装置随即吸收火箭剩余的动能和势能,让箭体平稳停住。
回收过程中,平台与火箭频繁交换位置和姿态信息,平台依靠动力定位系统稳住自身,火箭则根据平台的实时位置调整轨迹。最后的关机时机、挂钩与网面的几何关系,以及缓冲系统的阻尼特性,都要精确匹配,才能避免箭体撞网、脱钩或者摆动过大。

▲现场图
说到回收火箭,会有人想到马斯克的“筷子夹火箭”,这个操作也是为了回收一级火箭,只是方案不同。SpaceX的方案确实有其优势,火箭回到发射场后,省去了海上运输,发射塔还可以承担吊装和堆叠任务,有利于追求快速再次发射。但这个操作风险很大,机械臂和塔架属于偏刚性的承力系统,对火箭落点、横向速度和姿态控制提出很高要求。一旦末段出现较大偏差,附近的发射塔、加注设施和发射台也会面临风险。
中国方案的高明之处,首先就体现在不用筷子夹,直接选择在海上接火箭。因为一级火箭分离时已经沿发射方向飞出很远,如果强行大幅度掉头返回发射场,必须提前保留大量推进剂。推进剂留得越多,能够送入轨道的卫星就越少。而把领航者号部署在一级火箭原有弹道前方,火箭可以顺着飞行方向进入回收区,减少大幅度返场所需的燃料,把更多运力留给有效载荷。

▲筷子夹火箭
此外,海上平台还可以根据不同任务的弹道调整位置,不必要求所有任务都把一级火箭拉回固定发射场。这种思路尤其适合中国沿海发射场和大规模卫星组网任务,只是牺牲了一部分回港速度,却换来了更灵活的回收区域和更有利的运力条件。再一个则是,中国把复杂的缓冲任务从火箭自身转移到了平台。
传统垂直着陆需要给一级火箭安装着陆腿,支腿要随箭起飞,必须承受上升段振动和再入环境,自身还会占用重量。网系方案用箭上挂钩配合平台阻拦索,能够简化箭上着陆结构。而绳索和缓冲缸可以逐步吸收冲击,形成比刚性机械臂更柔和的接触过程。且由于捕获位置可以移动,覆盖范围更大,火箭不必非要飞到精确的位置,这种宽容度本身就是可靠性。
因此,把中国网系回收简单地和筷子夹火箭对比,反而低估了它的技术特点。衡量一条技术路线是否先进,不能只看画面是否有梗,还要看它能否减少火箭随身携带的无效重量,能否降低对末段控制的苛刻要求,能否适应不同弹道,并最终形成稳定、低成本的循环发射能力。中国没有复制已经出现的答案,而是给出了自己答案。

