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用网兜回收火箭?中国航天今天把外网炸了。

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人类历史上第二个真正实现轨道级火箭回收的国家,出现了。

没错,正是来自东方的神秘力量。


就在今天中午12点15分,长征十号乙火箭从海南点火升空,把卫星送进预定轨道。

但在发射后第8分钟——

一二级分离之后,40米长的巨大箭体,从高空调了个头,扎回大气层,然后在南海一艘船的上空,被稳稳地"挂"住了。

不愧是长征系列,依旧保密画质,依旧清晰的实力。

再来一组清晰画质版本:

虽然咱没去现场。但也是从上午开始密切关注,也算个云观众了。

看完就一句话,提气!

网友们也一样沸腾了,紧跟着我就刷到了这个全网刷屏的火箭娘,来自大触网友的创作。


而在外网上,世界人民对这次成功回收也是十分震撼:


就连正在接受高温炙烤的印度人民也发来贺电,直呼不敢相信。


大A的商业航天板块,也是全线飙红。

一句话,牛批就完了。

微博@SegerYU(邢广利)


那么除了振奋,想必差友们还有更多的问题,所谓“全球首次运载火箭网系回收”,这网系回收是什么意思,为啥跟马斯克的火箭回收不一样?

难道咱技不如人?这次回收成功到底意味啥,背后有啥黑科技?

咱先不急,一个一个说。

先说这次最最最大的看点,网系回收。光看名字,很多人可能会以为这就是拉张网给接住就行了,感觉好像没啥技术含量。

比如某些外国佬就真以为是用网兜,生成了这样的假图


但实际上,完全不是这么回事!

我们去翻了航天一院(也就是中国运载火箭技术研究院)公开的论文和专利,然后就看到了这套系统的设计图。

在2022年航天一院和哈工大的这篇论文中,就已经初步展示了这套回收方案。


简单来说,回收船上架着承力的回收架和阻拦索,当火箭在发动机和栅格舵的控制下,以接近垂直的姿态飞到架子中间时,箭体上会弹出四个挂钩,然后挂钩会抓住分别4根阻拦索,另一头连着的阻尼器就会吃掉火箭剩余的动能。

从这份网传的缩小版回收试验现场视频里,咱也可以看到更多细节。

比如这两组阻拦索具体怎么工作的,从这里也能一目了然,除了顶部的阻拦索以外,回收架底部也有一组限位防止摆动的阻拦索。

由于每根阻拦索都有单独的阻尼器控制,所以控制器可以控制绳索来让这个交叉框上下左右都能动。所以就算火箭落歪了,这个网系结构也能美美适配成火箭的形状。

这也不是咱瞎说,论文里专门设计了火箭歪着下来能不能回收。

结果显示,不管是往一个方向偏,往两个方向偏,甚至像转转一样上门(旋转工况),这个网系回收系统都能成功回收。。。


为啥要专门研究一下这种落点偏了的情况呢?

一方面是火箭没落准也能抓住,另一方面,如果回收架自己在动,也不影响回收效果,就比如在海上回收。

然而要在海上回收一个垂直落下来的火箭,那么船的晃动也必须考虑进去。

而跟游乐场里的海盗船不同,船在海上不光会漂,还会横摇、纵摇、艏摇。所以要把回收平台的位置姿态锁死在可控范围,这就对回收船本身提出了要求。

为了完成这个任务,航天一院专门找上了中国船舶和中科院,联手造出了一艘长144米,宽50米,吃水5.5米,满载排水量2.5万吨的,中国第一艘船级火箭回收平台:领航者号。


有一说一,这吨位已经比不少轻型航母的排水量都大了。。。

由于能做到DP2级动力定位,这艘船在迎浪状态,包括60度、90度浪向下的动力定位性能,都必须达到航天级指标。

而且由于回收架、阻拦索的载荷,包括火箭下来的剩余动能最终都要靠船体承担,这对船体局部结构的要求远超普通驳船。

船也在动,火箭也在动,为了实现完美回收,这次任务的工程师在面对央视采访时还透露:他们在回收架的每一角上都安装了激光雷达。。。而且跟阻拦索是同步的。


当然,如果讲到这大家还不明白,那么把它横过来。。。估计各位就非常眼熟了。。。

这不就是航空母舰的阻拦系统嘛!(思路上类似,但工程实现完全不一样)

只不过战斗机是水平冲过甲板用尾钩挂索,长十乙是垂直下降,用箭体侧面的挂钩去抓阻拦索。

所以准确说,这叫索系空中捕获。没必要拿网去兜火箭,火箭自己可以挂上去,就跟星舰挂在筷子悬架上一样。

那么看到这可能有老马的粉丝要问了,用网接航天器,马斯克就没想到?

实际上,劳马不光想到了,劳马也干了。。。还干了三年。。。

2018年,SpaceX为了回收整流罩,降低成本,就改装了两艘高速船,船上架着巨网,在海上追着接伞降回来的整流罩。

这方案也真成功过,甚至有过两片整流罩同时入网的高光时刻。但到了2021年,SpaceX还是把网拆了,改成让整流罩直接掉海里再捞。

原因倒不是完全接不住,而是伞降太看风的脸色,为俩壳子养两艘专用船反而不划算,不如直接海底捞。

而咱们这个虽然也是网约箭,但是火箭自己主动上门回收,全程动力受控,其实没可比性,不是一类东西。


至于为啥SpaceX选腿,咱选索,这也不是谁比谁先进,单纯是工程思路问题。

先说个猎鹰9的热知识,梅林发动机最低的推力有约330千牛,哪怕猎鹰9着陆时燃料基本烧空,推力也远大于箭体重量。

所以猎鹰9不能像直升机那样在半空停着,而必须在还在下坠的时候点火,让火箭恰好在挨着甲板那一刻,把速度刹到接近零,然后立马关机。

业内管这叫hoverslam,或者更刺激的名字:suicide burn,自杀式点火。

这套技术劳马练了近10年,只要神功大成天下无敌,所以国内外有很多人都在学习。


但别忘了,猎鹰9芯级直径3.66米,4条腿;而长十乙是5米直径、起飞760吨的中大型火箭。

好比三年级的我穿姥姥的足力健从二楼跳下去可能没事(真跳过,成人不建议模仿),但400斤的良子掉下去,那跟坠机没什么区别。

毕竟箭体越大越重,着陆腿回收机构的强度和稳定性设计难度,也就越大。

着陆腿需要更粗壮,箭体连接的地方还得局部加强,再配上展开、锁定、缓冲一整套机构,在计算发射成本的时候就显得划不来了。

所以别说长十乙没用着陆腿,直径9米的星舰也没用,大家都是靠回收机构挂住的,只不过挂的方式略有不同。

而且顺便说一句,中国也没把宝全押在网系回收上。8月要发的朱雀三号、后面的航天八院的长征十二号甲等这些直径更小的商业火箭,走的也都是猎鹰9那种着陆腿路线。


那么除了回收以外,官方通报里还有段信息密度极高的话:

本次首飞任务成功验证了组合构型总体优化设计技术、大推力箱底传力技术、基于隔板贮箱的推进剂管理技术、甲烷自生增压技术等关键核心技术,进一步验证了发动机多次启动和高空点火、复杂力热环境适应性、高精度导航控制技术……

字都认识,但连起来这都是说的啥?

咱给你翻译成人话,就是长十乙这次上天,顺手把中国航天在可重复使用这块的其他科技树也顺便点了。

就比如像什么在一次试验中同时验证液氧煤油和液氧甲烷两种发动机;

一次7台大推力发动机集群,在高空极端且微重力环境下发动机多次点火;

全新燃料箱结构也成功运行;失去燃料后也不用靠外挂一个气瓶补充内压(SpaceX的猎鹰9到现在没解决)。


总之,长十乙把这些技术线一次性都点了。

而且,长十乙也并不是单纯了国家队秀实力。作为长征十号家族里的商业火箭,它这次其实也发射了组网卫星。

只不过回收的光芒实在耀眼,大家都没注意它的16吨重复运载能力。。。


而它在后续的这些任务中积累的经验,在真实任务里攒回收、检修、复飞的数据,会再次反哺整个长征十号家族。

比如它大哥,2030年负责载人登月的长征十号(下图左);还有它二哥,给空间站载客、送物资的长征十号甲(下图右)。


最后话说回来,猎鹰9厉害的地方也不是一次回收成功,而是把回收变成了一件平平无奇、看都懒得看的日常行为。

猎鹰9从首次回收到首次复飞用了15个月,但我们这次,按照官方给的时间表,长十乙团队检查、检修、再测试的时间只有5个多月。

也就是说,今年年底,我们会见证长十乙面临的又一道考验:这枚火箭能不能再次飞起来?


落地是物理学,复用才是经济学。

但无论最终的账本怎么写,2026年7月10日这一天,都将被载入人类航天史。

那是一群东方人用无尽的智慧与勇气,将通往星海的飞箭,悬吊于汹涌的怒海与无垠的星辰之间。

而它,即将再次起航。

撰文 :纳西

编辑:江江 & 面线

美编:焕妍

图片、资料来源

《一种阻力舵与挂索回收一体化机构、回收方法》

《基于地面拦阻系统的火箭垂直着陆回收机构设计》

《新型火箭挂索回收非对称可变节流双级液压伸缩阻尼杆》

新华社、云上天镜、china航天、航天爱好者网、央视新闻、空天逐梦、中国航天科技集团、Vony7、财消息、stainless squid等

部分图源网络



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