全球首例“网抱”火箭回收揭秘
7月10日,长征十号乙运载火箭成功首飞,并在海上平台通过网系捕获方式实现一级火箭精准回收。这是我国首次实现火箭一级可控回收,也是全球首次采用网系回收技术,标志着我国在可重复使用火箭领域取得重大突破。
网系回收是我国自主研发的新型箭地协同回收模式,无需火箭依靠着陆腿站立,而是直接“飞入”一张巨型网中,被温柔接住。相较于国际主流的垂直起降回收方式,这种“箭船共舞”的模式能显著提升捕获与缓冲的成功率。
中国航天科技集团透露,看似“简单”的回收方案,背后技术极为复杂。
第一问:火箭返回,如何完成一套极限“体操”?
长征十号乙运载火箭由中国航天科技集团一院研制,为5米直径两级液体火箭。此次任务中,火箭一级返回全程穿越复杂气流,宛如完成一套高难度“太空体操”。它需在不到6分钟内完成调头、减速、精准着陆等一连串高精度动作,实现“控得住”“回得准”“落得稳”“接得住”。
一级与二级分离后,火箭在惯性作用下仍向上飞行,需先滑行并调整姿态,完成空中翻转,由上升转为下坠。
在高速下落过程中,发动机点火反推,减缓下降速度。这一阶段需在极短时间内完成推进剂管理、贮箱增压、发动机预冷等复杂操作。
随后,箭体上的栅格舵展开,如双翼般稳定姿态。同时,推进剂沉底系统同步工作,将燃料集中至储箱底部,为发动机再次点火做好准备。
完成姿态调整后,火箭借助栅格舵产生的气动阻力进一步减速。这是防热设计的关键考验,箭体底部需承受剧烈气动加热与载荷冲击。
随着高度下降,火箭再次点火减速,并通过导航系统锁定回收平台精确位置。进入网系后,箭上挂索机构展开;塔架四角激光雷达实时追踪火箭位置与姿态,驱动呈“井”字形的绳索精准捕获火箭,吸收其下落动能,宛如父亲伸手接住坠下的孩子。
最终,回收系统为火箭系上“安全带”,确保其完全稳固。
第二问:回收系统怎样与火箭“双向奔赴”?
网系回收并非“静待捕获”,而是回收平台与火箭在动态中实现高精度协同。
据中国航天科技集团专家介绍,火箭在“找”平台的同时,平台也在“找”火箭。两个各自具备六自由度运动的物体,需在海浪扰动下完成高动态对接。
海上平台受风浪影响无法静止,即便配备DP2级动力定位系统,仍存在晃动;火箭下落时也非垂直直线,存在滚转机动。双方必须实时交换位置与姿态数据,主动修正偏差。
这不仅考验火箭的智能控制与发动机极端环境稳定性,也要求回收平台具备快速响应能力,精准判断捕获时机,并通过缓冲机构吸收冲击。回收塔架高67米,相当于20多层楼,总重约5400吨,工程难度极高。整体系统融合了机械工程、自动控制与材料科学等多学科技术。
第三问:网系回收比传统方案好在哪?
垂直起降是当前国际主流回收方式。回顾失败案例,多数发生在着陆阶段——落点偏差、冲击过载或落地失衡,都可能导致任务失败。
网系回收虽属垂直回收范畴,但大幅降低发动机与箭体调控难度,对落点精度要求更宽容。如同为油瓶加装漏斗,网系协同“扩大”了捕获窗口,对偏差容忍度更高。回收系统接住火箭后,还能缓冲并固定箭体,显著提升成功率。
此外,网系回收无需复杂着陆腿,简化箭体结构,减轻重量,从而提升运载能力。
未来,该系统可通过系列化设计适配不同规模火箭,助力中国航天实现低成本、高频次、可持续的太空探索。(记者 付毅飞 何沛苁)