7月10日,海南商业航天发射场迎来历史性时刻——长征十号乙运载火箭拔地而起,将卫星精准送入预定轨道。几分钟后,更令人惊叹的场景上演:完成使命的一子级并未坠入大海,也没有像美国猎鹰-9火箭那样依靠着陆腿站立在海上回收平台,而是以精准的轨迹飞向海上的网系回收平台,被一张柔性大网稳稳捕获。这标志着我国首次成功实现运载火箭一子级可控回收,更是全球首次采用网系方式完成火箭回收,为重复使用运载火箭技术开辟了新路径。
传统运载火箭大多为一次性使用,第一级完成任务后便坠入海洋或预定区域,无法重复利用。随着低轨卫星互联网、空间站补给等任务需求激增,航天发射频率大幅提升,火箭的重复使用成为降低发射成本的关键。可重复使用运载火箭需先实现软着陆,再经维修、加注推进剂后再次发射,而软着陆的难度远超发射——第一级火箭与第二级分离时仍保持约2千米/秒的高速,需在空中完成调头、重新点火减速,并借助栅格舵利用空气阻力进一步降低速度,最终在距离海面极近时将落点误差控制在极小范围内。整个过程涉及推进剂管理、发动机多次启动、制导导航控制等多个系统的精密配合,任何一个环节的偏差都可能导致回收失败。
为攻克火箭回收难题,全球航天界探索了多种技术路线。早期方案包括降落伞回收,即火箭或部件打开降落伞依靠空气阻力减速,但落点易受风力影响且精度有限,海水腐蚀问题也限制了其应用范围;水平回收则以航天飞机为代表,通过机翼滑翔像飞机一样降落,但需复杂结构支撑,维护成本较高,未成为主流选择。目前应用最广泛的是垂直动力反推减速回收,又细分为三种方式:一是靠着陆腿垂直着陆,如美国SpaceX的猎鹰-9火箭,底部展开液压着陆腿直接站立在陆地或海上回收船,技术成熟但需预留返程推进剂并携带着陆腿等额外结构,影响运载能力;二是塔架机械臂空中捕获,如SpaceX的星舰超重型助推器,通过巨型机械臂在发射塔上空夹住箭体,但需厘米级悬停控制,技术难度极高;三是海上网系柔性捕获,即长征十号乙采用的方案,火箭无着陆腿,带挂钩降落,被海上平台的“井”字形阻拦网吊挂缓冲回收。
长征十号乙的海上网系回收方案属于垂直回收的变体,其核心创新在于最后一步的捕获方式。火箭接近海面时自动展开挂钩,与海上回收平台的柔性网精准配合,最终稳稳挂在网索上。这一设计具有多重优势:首先,减轻火箭重量,无需安装复杂沉重的着陆腿,仅保留轻量化挂钩,死重不足着陆腿方案的1/10,回收状态下近地轨道运力折损仅约16%,显著优于着陆腿方案的23%-40%;其次,扩大回收窗口,柔性网的缓冲能力和对落点偏差的包容性,使落点容错窗口达±50米级,降低发动机末端悬停控制难度,平台在4级海况下仍可作业,抗风浪能力更强;再次,实现“动对动”海上作业,回收船可机动至任意海域,适配海南等滨海发射场,不受陆地场地或发射塔位置限制;最后,柔性回收减少箭体损伤,火箭不直接撞击甲板,避免底部发动机和箭体结构磕碰与高温灼烧,降低复用检修成本。
然而,这一方案也面临新挑战。海上回收平台受风浪、海流影响持续晃动,即使采用动力定位系统也难以完全稳定,需火箭与回收船在动态环境中高精度协同,完成“箭与船的海上共舞”。捕获回收船需运回港口检修,复用周转周期比着陆腿方案更长,且仅适用于海上回收场景,无法实现陆地落地。尽管如此,此次任务仍创造了两项纪录:我国首次成功实施运载火箭一子级可控回收,全球首次实现运载火箭网系回收。这不仅是技术突破,更证明了我国探索出了一条具有自身特色的重复使用火箭技术路线。
火箭回收技术无通用方案,不同火箭的任务需求、运载能力、目标轨道、发射场条件及成本要求各异,需在运力、成本、安全性和复用效率间综合权衡。例如,执行高轨道或深空探测任务时,火箭需将更多推进剂用于入轨,预留返程燃料会显著影响运载能力;不同回收场景对陆地、海上平台及箭体结构的要求也不同。此次成功回收的一子级将接受检查、维护和复用验证,预计年底前完成首次复用飞行。当长征十号乙稳稳落入那张“大网”,不仅接住了一枚火箭,更接住了我国重复使用运载火箭迈向低成本、高频次发展的新起点。