長征十號歸去來兮，打開“繩子掛火箭”的無限想象空間

潮新聞客戶端 記者 屠晨昕

新華社 發

今天（2月11日）中午，中國航天人在文昌航天發射場給世界整了個“大活”——

長征十號運載火箭系統低空演示驗證與夢舟載人飛船系統最大動壓逃逸飛行試驗，標志著我國載人月球探測工程研制工作取得重要階段性突破。

新華社記者 李明剛 攝

不鳴則已，“航天國家隊”一出手，就成功get了三大“技能包”：第一、我國首次飛船最大動壓逃逸試驗；第二，我國首次載人飛船返回艙海上濺落；第三，我國首次火箭一級箭體受控安全海上濺落。

這信息實在是有點兒密。在火箭升空最危險時的最大動壓點（Max-Q）進行逃逸試驗，美國曾經于1964年和2016年成功實施過；載人飛船海上濺落并搜索回收，也是美國數十年前的水星、阿波羅等載人飛船的常態回收方式。

回收船上巨大的桁架結構很醒目。圖源：央視新聞

而在昕叔看來，從整個人類航天角度來看，第三點的成功有著更高的含金量。因為，這是全球首創的運載火箭回收方式——網系回收、也就是俗稱“繩子掛火箭”的第一次模擬試驗，就獲得了圓滿成功。

在場坪回收、塔架抓取回收（筷子夾火箭）之后，中國有望為人類的火箭重復使用開辟出第三條道路。

圖源：央視新聞

目前，馬斯克SpaceX的“獵鷹9號”火箭首創了采用著陸支腿、場坪回收的模式，極大地降低了火箭發射成本，發射量在國際商業航天市場上遙遙領先。去年12月，我國的朱雀三號和長征十二號甲兩款先后首飛，它們也均采用了著陸支腿垂直降落的技術路線。

2024年10月13日，SpaceX舉世矚目的“星艦”巨型火箭，首次成功完成了超高難度的“筷子夾火箭”，火箭返回發射場，穩穩地降落在發射塔架的機械臂上，吸引了全球的目光。

圖源：央視新聞視頻截圖

今天，在央視航天霞姐采訪航天科技集團胡輝彪的視頻中，明確透露：網系回收方式是我們國家的首創。

我國為何要另辟蹊徑發明這個“繩子掛火箭”？難道網系回收更先進、更高效嗎？

在運載火箭發射時，所消耗的燃料只占火箭成本極小一部分，在傳統的一次性火箭發射中，昂貴的發動機、控制系統和箭體均白白浪費掉了。這使得火箭發射變成一種極不劃算的“燒錢”行為。

為了降低發射成本，各國航天人都絞盡腦汁讓火箭能可重復使用。早期，國際上出現了多種回收模式——

傘降回收，但是降落傘所能承受的火箭重量太輕；在火箭子級加裝機翼或翼傘，讓它能像飛機降落一樣水平回收，但它導致火箭死重太大；國外甚至嘗試過用直升機在空中捕獲回收，形同雜耍，難度實在太大。這些技術路線后來都被放棄了。

“獵鷹9號”火箭在卡納維拉爾角發射升空。圖源：視覺中國

目前，世界主流的火箭回收模式是垂直起降回收，由“獵鷹9號”火箭在2015年12月首次成功實現。

網系回收屬于垂直起降回收的一種，但獨具特色。它的靈感來自于航母艦載機，飛機在著艦時，放下尾鉤勾住阻攔索，穩穩降落在航母甲板上。

不同的是，火箭降落是從上往下而非從后往前，需要在半空中布設阻攔索。當火箭降至一定高度時，4根“井”字形繩索主動向火箭方向移動，箭身掛鉤掛在繩索上，把火箭吊掛住。

圖源：中國航天科技集團公司

那么，“繩子掛火箭”有何優勢？

航天科技集團專家許學雷介紹說，這套系統由火箭和船上系統高度協同，可提高回收過程中捕獲、緩沖的成功率。

在回收過程中，回收船與火箭頻繁交互，以實現“箭找船”；火箭多重關機策略要保證掛鉤與網平面的相對幾何關系；箭上掛鉤與緩沖索、緩沖缸等要進行多重阻尼特性匹配，以實現火箭平穩接駁等。

用專家的話說，相比當前主流回收方案，網系回收對火箭的著陸指標更為友好。翻譯一下，就是說，對火箭著陸時速度、位置、姿態等要求沒那么苛刻，精度低一點也沒事，就算偏差大一點火箭也能安全回家。

圖源：中國航天科技集團公司

這主要得益于火箭入網接駁時，大多動能、勢能均被地面緩沖機構吸收，使得對箭上緩沖結構的設計要求大幅降低。針對火箭落點偏差，回收系統可以通過簡單高效地調整地面（海面）設備尺寸規模，提高適應能力，這同時也能降低對火箭發動機推力調節能力的要求。

“繩子掛火箭”相對于“筷子夾火箭”的優勢，如同用氣墊接墜樓者，容錯度明顯大得多。

“星艦”正在塔架回收。圖源：SpaceX官網

“星艦”的塔架回收，需要的精度實在太高了。從SpaceX官方視頻看，連箭體上的承力點都要對齊機械臂，差一點就可能功虧一簣，甚至碰撞爆炸。

同時，需要箭體承力點有足夠強度。萬一“筷子”把火箭“夾”壞了，就沒法重復使用了。

而且，兩根“筷子”必須有強大的緩沖減震能力，能輕柔地把箭體接住，最大可能地減少沖擊力。

換成網系回收，就不必應對這些苛刻的要求，大大降低成本和風險，提高回收的成功率。

“獵鷹9號”場坪回收。圖源：SpaceX官網

再來看目前絕大多數可復用火箭采用的場坪回收模式。相較于一次性火箭，它新增了柵格舵與著陸支腿：柵格舵在再入階段展開，精準把控姿態與落點；著陸支腿在觸地前展開，實現平穩軟著陸。

不過，折疊在火箭根部外側的四根著陸支腿，不僅增加了飛行阻力，更重要的是增加了箭體的死重，減少了有效載荷。而且，萬一有任何一根支腿出故障打不開，那火箭落地時一定會傾斜觸地爆炸。

采用網系回收就能省去著陸支腿，簡化火箭結構，有效載荷大大增加，就能裝更多人、貨物和燃料。

而且，同樣一套“繩子掛火箭”系統，既能回收大火箭，也能回收小火箭，靈活性很強。

“航天霞姐”視頻顯示，此次長征十號試驗任務的袖標包含了任務相關的主要元素：袖標正中心的火箭是回收后一子級的狀態，箭體上有兩個特別有特征的部分：柵格舵和特有的網系。箭身上明顯沒有著陸支腿。

周圍的兩艘船，右邊是網系回收船“領航者”號，左邊是相關的保障性船只。

去年11月30日官宣的“領航者”，是我國首個得到船級社注冊認證、正式交付的海上火箭回收平臺。許學雷介紹，其長144米，寬50米（外廓），吃水5.5米，滿載排水量2.5萬噸。

圖源：中國運載火箭技術研究院

作為回收船，“領航者”與火箭著陸時的位置姿態要高度協同，因而在定位精度，以及橫搖、縱搖及艏搖等普通船舶不太被關注的指標上，要求更高。

也就是說，即便海上風浪大，這條船也必須穩如泰山，如同陸地?！邦I航者”具有DP2動力定位能力，定位精度可達1米以內。

而且，船上高聳著用來回收火箭的桁架結構，質量大、重心高，和普通海船大不一樣，給船舶穩性設計帶來很大挑戰。

圖源：央視新聞視頻截圖

從今天航天科技集團提供的視頻看，一子級火箭的下降速度越來越慢，動作非常平穩、絲滑。距離濺落點大約只有200米左右，就是回收船“領航者”號。這也證明了此次試驗的成功——如果實施真正的網系回收，“領航者”號只要往火箭的濺落點移動200來米，就有很大概率成功接住火箭。

在這里昕叔補充一點：由于船是會動的，會迎著火箭的方向開，所以網系回收是個“雙向奔赴”的過程，就能減少火箭為了回收所攜帶的燃料，那么節省出來的重量就能裝載更多的人和貨了。這又是它比陸地場坪和塔架回收占便宜的一個地方。

這次模擬試驗成功后，如不出意外，下一次我們就將看到長征十號的一級火箭上演全球首次 “繩子掛火箭”的壯舉了。中國人的這個逆天腦洞，將如何幫助人類飛向“星辰大?！?，就讓我們拭目以待吧！

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