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长十乙首次网系回收成功:没有着陆腿,这笔账怎么算?

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7 月 10 日 12 时 15 分,长征十号乙从海南商业航天发射场升空。

升空后六分钟,一二级分离。一级开始返回,朝"领航者"所在的海域下降。

它脚下没有四条着陆腿,海面上等着它的是一座 67 米高的捕获塔架和一组拦截索。

火箭继续下降。

随后,一级被稳稳留在了船上。

这是我们中国第一次成功实施运载火箭可控回收,也是全球第一次运载火箭网系回收。

更重要的是它发生在一次真实的入轨发射任务中。

发动机多次启动、高精度导航控制、箭船协同和末段捕获,这些环节必须在同一次任务中连续跑通,任何其中的一环出问题,一级就回收不了。

能不能在真实的任务中接住一级这是第一笔账。7 月 10 日,首飞已经给出了答案。


但是接住之后还有第另外一笔账,代价在了哪里,省下来的质量换来了什么,复飞、检修效率、平台出勤率和运营经济性到底怎么样。在算这笔账之前,需要先拆开网上流传最广的两个误区。

一、画面里的"悬停",算不出一级干重

首飞直播后,一种说法迅速传开:猎鹰 9 号着陆时单台梅林最低推力仍大于箭体重量,所以无法悬停;而长十乙能悬停,说明干重高得离谱,所以一定加了配重演戏。

这套推理混淆了一个关键概念:火箭着陆时的质量,远不等于它的干重。

先来看猎鹰 9 号。

一级直径 3.7 米,9 台梅林 1D 发动机并联。一级干重(含着陆腿、栅格舵等):SpaceX 未正式公开 Block 5 干重,公开资料估计约 25.6 吨。梅林 1D 单台海平面推力约 845 kN(约 86 吨力),节流下限约 40%,最低推力约 338 kN(约 34.5 吨力)


图注:猎鹰9号一级在海上无人回收船着陆,着陆腿与箭体姿态清晰可见。

着陆时火箭不是空壳子。

着陆质量 = 一级干质量 + 用于返回和末段制动的剩余推进剂 + 不可利用的残余推进剂等。


图注:着陆质量不是干重:一级还带着返回和末段制动所需推进剂,以及不可利用残余推进剂。

具体的数值会随任务和回收方式发生变化,公开估算通常把猎鹰 9 号落地时的剩余推进剂摆在 4~6 吨量级

按一组常见公开估算,着陆总质量约 30 吨。单发最低推力 34.5 吨,对应的着陆推重比(TWR)略高于 1。

TWR 大于 1.0 也就意味着火箭点火后虽然还在向下运动,但是已经获得了向上的净加速度,下降速度会逐渐减小。

等速度降到零,发动机又推不出比自重更小的力,火箭就会开始向上加速。所以控制系统只能安排一次连续减速,让速度在接触甲板的那一刻降到接近零。

容错空间非常的小。

再来看长十乙。公开资料能确认的参数有:

一级直径 5.0 米,7 台 YF-100 系列液氧煤油发动机并联(含泵后摆与固定喷管等不同构型,富氧分级燃烧循环)。

其中 YF-100K 单台海平面推力约 1250 kN(约 127 吨力),标称节流下限 65%,最低推力约 813 kN(约 83 吨力)。起飞质量约 760 吨,起飞推力约 890 吨力。

但要算着陆推重比,至少还缺四个数据,一级干重、捕获瞬间的剩余推进剂质量、末段实际工作的发动机改型及实测推力曲线、触网瞬间的发动机工况。到目前为止,这四项数据还没有公开。


图注:猎鹰9号的关键输入尚可做量级估算;长征十号乙缺少一级干重、捕获质量、末段发动机工况等公开数据,无法算出可信TWR。

所以,不管是从画面反推干质比太差,还是替长十乙算出一个漂亮的着陆推重比,都超出了现有公开数据能支撑的范围。

从公开资料能得出的结论很有限,长十乙的箭体尺度和发动机集群都明显大于猎鹰 9 号,捕获质量很可能也更高。

光 7 台 YF-100 系列发动机的干质量就超过 12 吨(单台约 1.82 吨,公开资料估计),而猎鹰 9 号 9 台梅林合计约 4.2 吨(单台约 470 kg,公开资料估计),发动机这一项就差了约 8 吨。如果加上 5 米直径箭体的贮箱壁板、桁条、法兰盘和级间段结构质量显著高于 3.7 米箭体,返回制动所需的推进剂储备也要计入。

但是一级干重和捕获时剩余推进剂没有公开,究竟高出多少,算不出来。

公开画面只能说明火箭在触网前把下降速度控制到了可接受的范围,不能反推出一级干重,更不能单凭画面证明箭上加了配重。

"干重 70 吨"和"加配重演戏"都不是计算结果,只是把一个未知数换成了立场。

二、SpaceX 放弃的那张网,接的根本不是一级火箭

另一个传播很广的说法是:SpaceX 之前也试过网接,后来废弃了,我们现在用网接一级火箭,说明技术水平还停留在 SpaceX 十年前的阶段。

这里混淆了两个完全不同的回收对象。

SpaceX 在 2018 到 2021 年间,用 Mr. Steven(后更名为 Ms. Tree)和 Ms. Chief 两艘快艇上的捕获网去接的,是整流罩半罩,质量都不到 1 吨,没有动力系统,靠翼伞被动飘降。


SpaceX整流罩回收船Ms. Tree与Ms. Chief,船上捕获网清晰可见。

在 2021 年之后,SpaceX 不再用网船去捞整流罩,改成让它直接溅落海面后打捞。

公开信息没有披露详细的成本对比,但最终选择说明了一件事:为了复用整流罩,不值得继续在海上玩空中接网。

整流罩和火箭一级,一个不到 1 吨、没有动力,一个几十吨、靠发动机主动减速。拿前者被放弃的网捕来说后者的网捕落后,这根本不是同一件事。

三、省下着陆腿之后,代价被搬到了船上


图注:猎鹰9号着陆腿及其与箭体底部的连接位置。

先看这些代价怎样在火箭和回收平台之间移动。

猎鹰 9 号触地时,四条碳纤维着陆腿由高压气体驱动展开并锁定,载荷通过支腿及其连接界面传入一级底部结构。支腿内的铝蜂窝吸能结构可在偏硬着陆时压溃变形,吸收一部分冲击能量。

这套设计需要在箭上增设承力结构、展开机构和吸能组件,大约增加了 2 吨的一级干重(早期公开估计)。

长十乙的网捕过程在原理上选择了走另一条路。航天一院公开了两个相关专利,下面分别介绍。需要说明的是这些是专利公开方案,实船"领航者"号的最终配置可能会有所调整。

专利 CN117128817A(挂索机构) 描述了箭体底部的捕获机构:

  • 拦阻杆 :铰接在箭体底部,着陆前展开

  • 挂索钩 :位于拦阻杆末端,钩住平台拦截索

  • 钩舌 :具有"单向闸门"功能,拦截索滑入后无法脱出,实现机械锁定

  • 伸缩阻尼结构 :连接拦阻杆和箭体,在触索瞬间吸收首段冲击


图注:挂索钩与钩舌形成单向锁定:拦截索可以进入,进入后不能沿原路径退出。

专利 CN117963178A(双Z字型捕捉系统) 描述了海上平台上的捕获机制:

  • 平台上架设 4 个矩形排列的结构,平台间铺设导轨

  • 8 台移动牵引车带动 8 根拦截索在导轨上移动

  • 每根拦截索绕过牵引车滑轮后,向下悬挂大质量配重块

  • 绳索在空间中形成两个"Z"形路径


火箭下落动能沿绳索与滑轮路径转化为配重块势能,并由滑轮、绳索系统继续耗散。

按照这份专利方案的思路,火箭挂钩钩住拦截索向下拉拽时,会通过滑轮系统提升配重块,把一部分动能转化为重力势能。

这样做的好处是延长了制动时间,在动量变化相同的情况下,作用时间越长,平均作用力越小;不过峰值载荷仍然取决于缓冲行程、阻尼特性和触索姿态。

央视公开的新闻和一些报道已经确认领航者实船配置了阻拦索、缓冲索和牵引索,但是专利中的双Z布置、八根拦截索和质量块是否还是原样采用,目前没有完整公开。

不过,这种原理上的好处到底能转化为多长的箭体复用寿命、多低的翻修成本,没有实飞复用数据,现在还下不了结论。

任何技术路线都有代价。着陆腿需要箭上多背大约 2 吨结构,网系方案则把很大一部分工程代价转移到了海上设施端。

不过,省去支腿不等于一级净减重 2 吨——挂索机构及相应承力结构的质量目前也没有公开。

网系方案在平台端要承担的代价包括:

  • 专船依赖 :"领航者"号是 2.5 万吨级的专用回收船,搭载高 67 米、含设备约 5400 吨的捕获塔架。该船如需维护或遇故障,回收窗口可能受到影响。

  • 海况窗口 :恶劣海况下无法出海执行回收,系统可用率直接取决于南海的气象条件。

  • 盐雾腐蚀 :火箭在海洋环境中着陆并在船上转运,箭体和平台设备长期面临盐雾侵蚀,维护成本尚不透明。

  • 捕获失败后果 :如果挂钩未能锁定拦截索,坠落的火箭可能损伤塔架和索系结构,恢复周期和成本未知。

  • 年出勤次数 :这套重资产系统的经济性,高度依赖"领航者"号每年能出海多少次。如果年回收次数不够,平台的分摊成本可能抵消省去着陆腿带来的部分收益。

  • 缓冲系统并非是无限复用 :绳索、滑轮、阻尼结构和挂钩都存在磨损、疲劳和腐蚀,寿命和翻修周期仍需后续复用数据验证。


图注:领航者火箭回收船与海上捕获塔架全景。来源:科技日报

四、为什么长十乙会选择这条路

网系回收不是凭空出现的方案。

从目前的公开信息来看,它和火箭尺度、发射场位置、发动机构型、国内造船工业的成熟度以及任务规划都有直接关系。其实换句话说长十乙没有简单复制 SpaceX 的着陆腿路线,而是找到了一条不同的路。

SpaceX 从佛罗里达的卡纳维拉尔角和肯尼迪航天中心向东发射,一级落区在大西洋上。

它的核心着陆平台是一艘改装甲板驳船,火箭靠自带的 4 条着陆腿降落,再由 OctaGrabber 远程固定机器人夹持箭体底部,之后再拖回港口。

我们的情况不同。传统内陆发射场(西昌、太原、酒泉)的一级落区涉及残骸处置和地面安全约束;海南文昌是沿海发射场,长十乙向东发射,一级落在南海海面上。

面对海上回收这个前提,我们选择把造船工业的优势用上,建造一艘专用回收船,把大部分捕获和缓冲设备放在船上,同时减轻箭体自身的回收负担。

海上回收有它自己的一套风险。猎鹰 9 号的实战记录提供了两个有参考价值的案例,分别对应着陆和返港两个不同阶段:

  • 2024 年 8 月,B1062 号助推器 :第 23 次飞行后着陆时 助推器倾倒起火 ,终结了 SpaceX 连续 267 次成功着陆的纪录。官方未公布最终原因。

  • 2023 年 12 月,B1058 号助推器 (执行过人类首次商业载人任务 Demo-2):第 19 次飞行后成功着陆在驳船上,但 返港拖航途中遭遇大风浪,在驳船上倾覆折断报废


B1058在返港拖航途中因恶劣海况倾覆后,残骸留在无人回收船上。

这些案例不能直接推导出"长十乙用着陆腿一定会出问题",但它们说明了一点:海上环境对火箭着陆和后续的固定、转运,都会提出额外的工程挑战。长十乙的网系方案用柔性捕获替代了刚性支腿着陆,改变了一级在船上的初始固定方式,但火箭被捕获后仍然需要固定并随船返港,返港阶段的风险并没有消失。

从更大的视角看,一级回收的核心设计选择,其实就是把多少回收硬件放在火箭上,多少放在平台上。目前有三种方案,各自的分配方式不同:

猎鹰 9 号(腿在箭上):

  • 火箭端增加着陆腿和相关承力结构

  • 海上平台用改装驳船,结构比专用回收船简单

  • 靠高频发射摊薄成本

  • Falcon 系列助推器已完成 600 多次成功着陆,路线成熟

长十乙(网在船上):

  • 火箭端设置挂索机构及相应承力结构,省去着陆腿

  • 海上平台需要专用回收船和 DP-2 动力定位系统,前期投入大

  • 利用国内造船工业的能力,把更多回收设备放在船上,换取箭上结构减轻

  • 首飞完成网系捕获验证

Super Heavy / Mechazilla(臂在塔上):

  • SpaceX 的超重型助推器 Super Heavy(直径 9 米)取消着陆腿,改用发射塔上的机械臂 Mechazilla 夹持捕获

  • 助推器飞回陆基发射场,由钢臂在专用捕获硬点位置夹持固定,塔架在地面上,没有海浪问题

  • 目标是快速周转:省去收腿、驳船转运,直接进入翻修和再次发射


图注:第五次综合飞行测试中,Super Heavy助推器进入Mechazilla塔架机械臂捕获区。


图注:三种方案没有消灭回收硬件,只是把硬件和风险放在箭上、船上或塔架上。

长十乙和 Super Heavy 走了同一个方向,他们都选择不在箭上保留永久的着陆支撑结构。而猎鹰 9 号则把着陆腿留在箭上,换取平台端的简化。

三种方案做法差异可以说是很大的,根源是各自面对的约束条件不同,SpaceX 有 Starbase 和 KSC 这样的沿海发射场,Super Heavy 可以飞回发射台;长十乙从文昌发射,当前方案选择了海上回收。

朱雀三号、天龙三号、星云一号均选择了着陆腿方案,这也有各自的现实原因。专用回收船加大型塔架的前期投入太大,对融资阶段的民营公司来说门槛非常的高;而着陆腿方案经过 SpaceX 上百次实战验证,技术路径清晰、人才和供应链更容易获取、研发周期更可控。

在商业发射频次仍处于爬坡阶段,着陆腿是门槛更低的务实选择。

三种方案的差异不是单一因素能解释的。

资本约束、技术路线继承、发动机节流能力、发射场与落区位置、目标回收频率、研发周期和供应链成熟度,都在影响方案选择。

SpaceX 同样建设了驳船、OctaGrabber 固定系统和海上保障船队,也不是把所有挑战都留给了火箭。

五、接住,只是第一笔账

Falcon 系列助推器已经用着陆腿完成 600 多次成功着陆,这套路线在大规模商业运营中得到了充分验证。

长十乙在 2026 年 7 月 10 日完成了全球首次运载火箭海上网系回收,首飞证明了网系捕获在一次真实入轨任务中可行。

两条路线各自在不同的地理条件、产业结构和任务需求下发展出来。着陆腿需要箭上增加承力和吸能结构,但是平台端投入低、路线成熟;网系省去了箭上支腿,但依赖高投入的专用回收船,翻修工时、捕获可靠性、平台年出勤率和箭体复用寿命等关键指标,还需要在后续的反复飞行中验证。

首飞完成了捕获验证。接下来的评价标准,是复飞次数、检修工时和平台出勤率。

7 月 10 日这一天,我们的航天走通了一条全新的火箭回收路径。不管后续的工程账怎么算,这次首飞本身已经是我们一个实打实的技术突破。领航者完成了第一次捕获。

等这枚一级重新站上发射台,下一笔账才真正开始。

主要资料来源官方数据与文件:

  • 长十乙起飞质量(约 760 吨)、起飞推力(约 890 吨力)、任务定性:航天科技集团官方通报

  • 首飞日期:国家航天局通报

  • "领航者"号参数(2.5 万吨级、67 米塔架、约 5400 吨设备、阻拦索/缓冲索/牵引索配置):央视报道

  • 梅林 1D 海平面推力 845 kN/台:SpaceX Falcon 用户指南(2025-05 版)

专利:

  • CN117128817A(挂索机构)、CN117963178A(双Z字型捕捉系统)

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