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)濟的發(fā)展賽道上。

誰能移開這塊石頭，實現(xiàn)降本增效，誰就能在這條賽道上跑得更快。

2月11日，我國在文昌航天發(fā)射場完成了一項重要任務(wù)——成功組織實施長征十號運載火箭系統(tǒng)低空演示驗證，以及夢舟載人飛船系統(tǒng)最大動壓逃逸飛行試驗。

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

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

要推動商業(yè)航天的規(guī)模化應(yīng)用，核心難題在于火箭的可回收與重復(fù)利用。北斗三號衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師林寶軍曾透露，目前國內(nèi)衛(wèi)星發(fā)射成本約為1萬美元/公斤。而美國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，我國在這方面還有很大的提升空間。

更關(guān)鍵的是，我國正面臨“星多箭少”的困境。隨著“GW星座”“千帆星座”等衛(wèi)星組網(wǎng)計劃的加速推進，2025到2030年，我國年均衛(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，我國藍箭航天自主研發(fā)的朱雀二號遙二火箭成功入軌，成為全球首款液氧甲烷商用火箭發(fā)動機。

不久前，中國首枚可回收運載火箭——朱雀三號成功發(fā)射，火箭二級將載荷送入預(yù)定軌道，實現(xiàn)了“入軌”目標，但一級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識到：讓火箭“回家”的難度，就像從100層樓高的地方扔下一支鋼筆，還得讓它準確落到地面的筆筒里一樣。

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

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

精確控制：通過柵格舵和反推發(fā)動機在稀薄大氣中調(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會，點火早了會墜毀，晚了會撞擊，發(fā)動機點火時機和推力大小必須分毫不差。

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

實現(xiàn)火箭回收，本質(zhì)上是要解決一個矛盾：既要讓火箭有足夠的動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)動機反推減速實現(xiàn)精準著陸。它的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)簡單、可重復(fù)性高，但對發(fā)動機推力調(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”，讓它像飛機一樣滑翔降落，著陸平穩(wěn)，但整體系統(tǒng)龐大，維護成本較高。

3.降落傘/氣囊回收：這是早期航天探索的方案，結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)門檻低，但控制精度低、落點分散，且海水腐蝕嚴重，火箭落點受風(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 圖源中國航天

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

5.塔臂/機械臂/網(wǎng)面捕捉：這是新興且極具工程美感的方式，SpaceX星艦曾用“機械臂”在空中夾回火箭。這種方式的優(yōu)點是無需著陸支架，節(jié)省重量與燃料，但對地面控制和協(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)動機艙，返回時可滑翔或自主飛回。這一設(shè)計技術(shù)復(fù)雜，目前仍處于試驗階段。

而我國的“領(lǐng)航者”號，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”號由廣船國際聯(lián)合中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所建造，是我國首個獲得中國船級社（CCS）簽發(fā)入級證書和法定證書的海上火箭回收平臺。它長144米，外廓寬50米，吃水5.5米，滿載排水量2.5萬噸，具備DP2動力定位能力。

“領(lǐng)航者”號的技術(shù)原理很巧妙：在高空布設(shè)阻攔索，當火箭降至一定高度時，箭上的掛鉤會掛在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現(xiàn)“箭找船”；火箭的多重關(guān)機策略要保證掛鉤與網(wǎng)平面的相對幾何關(guān)系；箭上掛鉤與緩沖索、緩沖缸等要進行多重阻尼特性匹配，以實現(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“空中握手”。

作為回收船，“領(lǐng)航者”號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月份的試驗中，“領(lǐng)航者”號在無人狀態(tài)下實現(xiàn)了5級海況的動力定位，并成功導(dǎo)引長征十號運載火箭一級箭體至預(yù)設(shè)海域（領(lǐng)航者旁邊200米處）濺落。

這次試驗成功驗證了火箭飛行、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圖。

這張藍圖，展現(xiàn)著中國從航天大國向航天強國跨越的堅定步伐。

原標題：《如何用一張“網(wǎng)”，在海上接火箭“回家”？》

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