長十乙回收細節曝光!如何不靠「腿」飛入網?一圖看清與SpaceX對比
7月10日,長征十號乙運載火箭成功實施首飛及一子級回收任務,完成了全球首次運載火箭網繫回收,標誌著中國突破了運載火箭革命性降本增效的關鍵技術,為國家低成本大規模進入太空打下堅實基礎。
同日,多家國際媒體幾乎同時發文指出,這次的成功是中國航天的一次突破性進展,被視為追趕SpaceX的標誌性時刻。外媒關注長征十號乙沒有選擇複製SpaceX的回收方式且未依靠著陸腿直接降落,最終落入海上回收平台布設的巨型網狀裝置中完成捕獲,如何不靠「著陸腿」飛進大網成為關注的一大重點。
《香港01》製圖介紹網繫回收和現行SpaceX回收方案的差異,可看出網繫回收較節能且適應性更強:
獨創海上網繫回收技術 提高回收成功率
據《科技日報》介紹,在火箭回收方面,國際上開展過傘降、水平回收、垂直回收等嘗試,目前,垂直起降回收是火箭回收的主流模式,中國獨創的大承載高緩衝海上網繫回收技術,屬於其中的一種。其形式為:在海上採取高空佈設阻攔索,當火箭降至一定高度時,箭上掛索機構啟動,穩穩掛在4根「井」字形繩索上,完成捕獲回收。
簡單來說,網繫回收是一種新型箭地協同的火箭回收模式,可讓火箭不用靠「腿」站立,而是直接飛進一張大網裏,以此提高回收過程中捕獲、緩衝的成功率。
如何讓火箭安全「落網」?
據中國航天科技集團一院研製團隊相關負責人介紹,火箭一級與二級分離後,將開啟返程之旅。此時,一子級還處於向上飛行的狀態。其首先要滑行調姿,然後發動機再次點火,實施動力減速,這一過程需要在極短時間內完成推進劑管理、貯箱增壓、發動機預冷等一系列複雜準備;接下來是依靠柵格舵產生的氣動阻力,進一步實施氣動減速。
負責人介紹,接近海面時,火箭與回收船要實現高度協同。然而,回收平台在風浪中即便配備DP2級動力定位系統,能抵抗漂移,卻無法完全消除晃動,在4級海況下,平台仍會產生2至3度的傾斜;火箭下降時也不是完全直落,有一定的機動滾轉。兩者之間要實時接收平台的晃動與位置數據,主動補償角度偏差,才能精準「落網」。
負責人進一步介紹,火箭進入網繫後,需要箭體、繩索與掛索機構密切配合:箭上掛索機構提前展開,當繩索與火箭運動到位,掛索機構與繩索接觸,箭體緩慢下降並被精準捕獲,這一過程時間極短。同時,在觸網、滑動與牽拉過程中,掛索機構需承受複雜載荷。
對於可能受海浪、海風等環境影響出現箭體晃動的情況,回收系統需要給火箭「繫上安全帶」——先輔助穩固繩索,從四周對箭體進行初步固定,隨後自動鎖緊平台移動至箭體下方,完成抱夾鎖緊支撐。至此,火箭被完全穩固。
從「獵鷹腿」「星艦筷」到「長征網」
此前十年,全球可重複使用火箭只有兩條被驗證的路線,都由SpaceX開創:獵鷹9號的著陸腿垂直回收,以及星艦正在驗證的機械臂捕獲。
《觀察者網》指出,截至目前,「獵鷹9號」已完成600餘次回收著陸,單個助推器最高復飛36次,具有著陸精度高、回收可控、部署靈活等優勢,但著陸腿會增加結構重量,佔用一定運載能力。相比之下,SpaceX「星艦」採用的塔架捕獲(俗稱「筷子夾」)技術,利用發射塔機械臂在空中直接捕獲返回的助推器,無需安裝著陸腿,可進一步提升運載效率,更適用於大型火箭,但對火箭懸停精度和塔架控制系統的要求極高。
而長征十號乙獨創第三條路:取消著陸腿,改為加裝掛鈎裝置,當火箭準備減速降落時,部署在預定海域的回收船將展開一座「井」字型柔性網繫,由掛鈎與網繫配合完成回收工作。
長征十號乙火箭採網繫回收 外媒讚中國航天突破:加速追趕SpaceX
美國有線電視新聞網(CNN)報道稱,可重複使用火箭技術是近年來全球商業航天競爭的關鍵領域。通過回收和重複利用火箭部件,可以顯著降低發射成本、提高發射頻率,這也是SpaceX能夠在全球商業發射市場佔據優勢的重要原因。
《紐約時報》則將此次任務放在全球衛星產業競爭的大背景下觀察,稱中國航天項目朝著「與馬斯克旗下SpaceX競爭」的目標邁出了重要一步。