近日
长征十号乙运载火箭
在海南商业航天发射场发射升空
将卫星顺利送入预定轨道
火箭一子级成功回收
任务取得圆满成功
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7月10日,长征十号乙运载火箭在海南商业航天发射场发射升空 图源:新华社
这是我国首次
成功实施运载火箭一子级可控回收
同时也是全球首次
运载火箭网系回收
与SpaceX猎鹰9号采用着陆腿垂直回收
星舰采用机械臂回收的方案不同
海上网系回收是我国独创的
第三条火箭复用技术路线
而托住长征十号乙返回的
正是“广州造”
——我国首艘网系回收海上平台“领航者”号
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图源:广州南沙发布
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一张网
如何稳稳接住火箭
火箭重复使用,是未来人类大规模自由进出空间的必经之路,也是我国航天强国建设的重要支撑。
传统火箭是一次性运载工具,造价不菲,回收复用可大幅降低成本,但火箭回收并非易事。从发射状态改为返回状态,运载火箭需穿过大气层,在复杂气流中精确控制姿态和速度,最终平稳到达指定地点——这个过程,比火箭发射还复杂。
研制团队相关负责人介绍,网系回收,正是中国航天为解决这个难题,走出的一条独具特色的中国路径。
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图源:央视新闻
在业内,火箭重复使用技术有伞降、水平、垂直回收等。目前世界主流的火箭回收模式是垂直起降回收。
网系回收属于垂直起降回收的一种,但独具特色,是在海上采取高空布设阻拦网系,当火箭降至一定高度时,箭上挂索机构启动,让火箭稳稳挂在4根“井”字型绳索上,从而完成捕获回收。
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火箭网系回收系统示意图 图源:中国运载火箭技术研究院
简单来说,网系回收是一种新型箭地协同的火箭回收模式,通过箭与船的高度协同,可提高回收过程中捕获、缓冲的成功率,让返回的火箭不靠“腿”站立,而是直接飞进一张大网里,被温柔地“抱”住。
科研人员介绍,火箭回收第一步,是火箭去找回收船,它会准确地控制在回收船的上空,开始进行回收段的下降工作;进入到回收船可控的范围内,再靠船上的网系去匹配火箭的动作。
网是一个可动的机构,在下落回收的过程中,塔架上的激光雷达会实时测量火箭的位置和姿态,驱动牵引索,把火箭的动能和下落带来的势能全部吸收掉,让火箭相对静止地悬在网的中央,然后进行着陆,整个过程全部自动化。
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网系回收
有何优势与难点
网系回收有其独特的优势,相比当前主流回收方案,网系回收对火箭的着陆指标更为友好。
研制团队相关负责人介绍,网系回收一来有助于简化箭上结构,火箭无需配备复杂的着陆腿,从而减轻箭体重量,增加运载能力和效益;二是对火箭落点偏差的适应能力强,可通过网系的协同来放大捕获窗口;三是网系回收系统可以通过系列化设计,适应不同规模火箭的回收需求。
但是网系回收并不是简单的“张网以待”,它的难点同样突出。
网系回收不是火箭的“独舞”,而是箭与船在动态中实现高精准协同匹配的“共舞”。“船”要找“箭”,“箭”也要找“船”,相当于两个拥有各自六自由度运动的物体,在海浪扰动下完成高动态对接。
研制团队相关负责人介绍,茫茫大海上,回收平台在风浪中绝非静止,即便在4级海况下,平台仍会产生2度至3度的倾斜。而火箭下降时也不是完全垂直降落,有一定的机动滚转,两者之间要实时接收相互的晃动与位置数据,主动补偿角度偏差。
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初样火箭飞行溅落在回收船附近 图源:新华社
此外,海上回收受限于海况影响,需要考虑不同海况下回收船运动特性对箭体着落缓冲及稳定的影响,同时设备还要应对盐雾、风浪等环境考验。
整个过程中,海上精确定位、发动机适应性、推进剂管理、力热环境、网系装置的可靠性……每一项都极具挑战。
2025年11月,火箭院研制交付了我国首艘火箭网系回收海上平台——“领航者”号。它长144米、宽50米,满载排水量2.5万吨,具备DP2动力定位能力,它与网系回收装置等产品组合,在茫茫大海上构建了一个稳定、精准的移动着陆场。
随着“领航者”的加入,网系回收方案从理论走向试验验证。
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“领航者”
是如何建造的
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中船广船国际建造的“领航者” 图源:广船国际
“领航者”是中船广船国际联合中国科学院深海科学与工程研究所为中国运载火箭技术研究院改建的我国首艘火箭网系回收海上平台。该平台自2024年9月全面启动论证工作,2024年12月完成方案设计,2025年4月开工,2025年12月命名交付。改建过程中,项目团队克服了技术集成高度复杂、夏季船坞作业条件艰苦、建设工期极度紧张等多重挑战,成功突破一系列关键技术难题。
由于平台与火箭着陆时的位置姿态要高度协同,因而横摇、纵摇及艏摇等普通船舶设计时不太被关注的指标,却对“领航者”有着更高要求;
该平台的动力定位系统定位精度,也需满足各个浪向下的指标要求,普通船舶在实现动力定位时只考核迎浪(艏向角180度)状态的定位能力,而该平台需要考虑60度甚至90度时的定位精度;
在船体结构设计上,普通船舶通常主要考虑载荷在甲板面均匀分布,但网系回收海上平台是通过四组大支座固定在甲板上,载荷高度集中,这就给船体结构设计带来很大挑战。
同时,网系回收系统是高耸桁架结构,质量大、重心高,给船舶稳性设计也带来很大困难,需要在设计之初就开展各种海况下的载荷分析、风洞实验、外廓飘台设计等。
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图源:央视新闻
当长征十号乙运载火箭被“领航者”稳稳接住,“领航者”总设计师、中船广船国际副总工程师何光伟难掩心中的激动,第一时间在公司微信群里分享这一振奋人心的消息:“我们的回收船稳如泰山!”
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难度高、意义大
长征十号乙运载火箭发射升空后,一子级完成加速飞行后与二子级分离,而后进入“返程之旅”。从分离到回收,一子级要在约6分钟内,完成姿态调整、气动减速等一系列极限动作,堪称“空中体操”。
这个过程有多难?一艘2.5万吨的船在海上晃着,一枚从100多公里高空飞回来的火箭在调整姿态,两者要在动态中完成精准对接。有科研人员打了一个比方:这就好比站在一个百层的高楼上,让一支圆珠笔精准地落在放在地面上笔筒里,而且过程中,圆珠笔还得保持姿态和速度的可控。
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图源:央视新闻
本次任务成功意义重大,它验证了海上网系捕获回收等多项关键技术。目前来看,如果重复使用的次数足够多,跟现在常规火箭相比,价格降幅能达到20%到30%。随着重复使用技术的进一步成熟、工程化应用的进一步可靠,未来降幅可能会达到50%,甚至60%。
网系回收是中国航天在可重复使用领域的一次大胆创新。后续,长征十号乙运载火箭研制团队将持续优化火箭性能,加快重复使用火箭技术的迭代升级,预计将在今年年底前完成一子级火箭复用飞行。
中国航天,无限可能
期待更多好消息
参考来源
中国运载火箭技术研究院《火箭天外归来,网系回收如何揽其入怀?》
https://mp.weixin.qq.com/s/cKgQpEii5JVJBGjTtsUs7w
广东发布《全球首次成功回收!怎么做到的?》
https://mp.weixin.qq.com/s/v9ol-JKFr27UvtEMNIo3EA
南沙投资《广州南沙造!全球首次实现运载火箭网系回收》
https://mp.weixin.qq.com/s/frqiY-IlaY1msoAyBZuhiQ
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