长征十号归去来兮，打开“绳子挂火箭”的无限想象空间

潮新闻客户端 记者 屠晨昕

新华社 发

今天（2月11日）中午，中国航天人在文昌航天发射场给世界整了个“大活”——

长征十号运载火箭系统低空演示验证与梦舟载人飞船系统最大动压逃逸飞行试验，标志着我国载人月球探测工程研制工作取得重要阶段性突破。

新华社记者 李明刚 摄

不鸣则已，“航天国家队”一出手，就成功get了三大“技能包”：第一、我国首次飞船最大动压逃逸试验；第二，我国首次载人飞船返回舱海上溅落；第三，我国首次火箭一级箭体受控安全海上溅落。

这信息实在是有点儿密。在火箭升空最危险时的最大动压点（Max-Q）进行逃逸试验，美国曾经于1964年和2016年成功实施过；载人飞船海上溅落并搜索回收，也是美国数十年前的水星、阿波罗等载人飞船的常态回收方式。

回收船上巨大的桁架结构很醒目。图源：央视新闻

而在昕叔看来，从整个人类航天角度来看，第三点的成功有着更高的含金量。因为，这是全球首创的运载火箭回收方式——网系回收、也就是俗称“绳子挂火箭”的第一次模拟试验，就获得了圆满成功。

在场坪回收、塔架抓取回收（筷子夹火箭）之后，中国有望为人类的火箭重复使用开辟出第三条道路。

图源：央视新闻

目前，马斯克SpaceX的“猎鹰9号”火箭首创了采用着陆支腿、场坪回收的模式，极大地降低了火箭发射成本，发射量在国际商业航天市场上遥遥领先。去年12月，我国的朱雀三号和长征十二号甲两款先后首飞，它们也均采用了着陆支腿垂直降落的技术路线。

2024年10月13日，SpaceX举世瞩目的“星舰”巨型火箭，首次成功完成了超高难度的“筷子夹火箭”，火箭返回发射场，稳稳地降落在发射塔架的机械臂上，吸引了全球的目光。

图源：央视新闻视频截图

今天，在央视航天霞姐采访航天科技集团胡辉彪的视频中，明确透露：网系回收方式是我们国家的首创。

我国为何要另辟蹊径发明这个“绳子挂火箭”？难道网系回收更先进、更高效吗？

在运载火箭发射时，所消耗的燃料只占火箭成本极小一部分，在传统的一次性火箭发射中，昂贵的发动机、控制系统和箭体均白白浪费掉了。这使得火箭发射变成一种极不划算的“烧钱”行为。

为了降低发射成本，各国航天人都绞尽脑汁让火箭能可重复使用。早期，国际上出现了多种回收模式——

伞降回收，但是降落伞所能承受的火箭重量太轻；在火箭子级加装机翼或翼伞，让它能像飞机降落一样水平回收，但它导致火箭死重太大；国外甚至尝试过用直升机在空中捕获回收，形同杂耍，难度实在太大。这些技术路线后来都被放弃了。

“猎鹰9号”火箭在卡纳维拉尔角发射升空。图源：视觉中国

目前，世界主流的火箭回收模式是垂直起降回收，由“猎鹰9号”火箭在2015年12月首次成功实现。

网系回收属于垂直起降回收的一种，但独具特色。它的灵感来自于航母舰载机，飞机在着舰时，放下尾钩勾住阻拦索，稳稳降落在航母甲板上。

不同的是，火箭降落是从上往下而非从后往前，需要在半空中布设阻拦索。当火箭降至一定高度时，4根“井”字形绳索主动向火箭方向移动，箭身挂钩挂在绳索上，把火箭吊挂住。

图源：中国航天科技集团公司

那么，“绳子挂火箭”有何优势？

航天科技集团专家许学雷介绍说，这套系统由火箭和船上系统高度协同，可提高回收过程中捕获、缓冲的成功率。

在回收过程中，回收船与火箭频繁交互，以实现“箭找船”；火箭多重关机策略要保证挂钩与网平面的相对几何关系；箭上挂钩与缓冲索、缓冲缸等要进行多重阻尼特性匹配，以实现火箭平稳接驳等。

用专家的话说，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。翻译一下，就是说，对火箭着陆时速度、位置、姿态等要求没那么苛刻，精度低一点也没事，就算偏差大一点火箭也能安全回家。

图源：中国航天科技集团公司

这主要得益于火箭入网接驳时，大多动能、势能均被地面缓冲机构吸收，使得对箭上缓冲结构的设计要求大幅降低。针对火箭落点偏差，回收系统可以通过简单高效地调整地面（海面）设备尺寸规模，提高适应能力，这同时也能降低对火箭发动机推力调节能力的要求。

“绳子挂火箭”相对于“筷子夹火箭”的优势，如同用气垫接坠楼者，容错度明显大得多。

“星舰”正在塔架回收。图源：SpaceX官网

“星舰”的塔架回收，需要的精度实在太高了。从SpaceX官方视频看，连箭体上的承力点都要对齐机械臂，差一点就可能功亏一篑，甚至碰撞爆炸。

同时，需要箭体承力点有足够强度。万一“筷子”把火箭“夹”坏了，就没法重复使用了。

而且，两根“筷子”必须有强大的缓冲减震能力，能轻柔地把箭体接住，最大可能地减少冲击力。

换成网系回收，就不必应对这些苛刻的要求，大大降低成本和风险，提高回收的成功率。

“猎鹰9号”场坪回收。图源：SpaceX官网

再来看目前绝大多数可复用火箭采用的场坪回收模式。相较于一次性火箭，它新增了栅格舵与着陆支腿：栅格舵在再入阶段展开，精准把控姿态与落点；着陆支腿在触地前展开，实现平稳软着陆。

不过，折叠在火箭根部外侧的四根着陆支腿，不仅增加了飞行阻力，更重要的是增加了箭体的死重，减少了有效载荷。而且，万一有任何一根支腿出故障打不开，那火箭落地时一定会倾斜触地爆炸。

采用网系回收就能省去着陆支腿，简化火箭结构，有效载荷大大增加，就能装更多人、货物和燃料。

而且，同样一套“绳子挂火箭”系统，既能回收大火箭，也能回收小火箭，灵活性很强。

“航天霞姐”视频显示，此次长征十号试验任务的袖标包含了任务相关的主要元素：袖标正中心的火箭是回收后一子级的状态，箭体上有两个特别有特征的部分：栅格舵和特有的网系。箭身上明显没有着陆支腿。

周围的两艘船，右边是网系回收船“领航者”号，左边是相关的保障性船只。

去年11月30日官宣的“领航者”，是我国首个得到船级社注册认证、正式交付的海上火箭回收平台。许学雷介绍，其长144米，宽50米（外廓），吃水5.5米，满载排水量2.5万吨。

图源：中国运载火箭技术研究院

作为回收船，“领航者”与火箭着陆时的位置姿态要高度协同，因而在定位精度，以及横摇、纵摇及艏摇等普通船舶不太被关注的指标上，要求更高。

也就是说，即便海上风浪大，这条船也必须稳如泰山，如同陆地。“领航者”具有DP2动力定位能力，定位精度可达1米以内。

而且，船上高耸着用来回收火箭的桁架结构，质量大、重心高，和普通海船大不一样，给船舶稳性设计带来很大挑战。

图源：央视新闻视频截图

从今天航天科技集团提供的视频看，一子级火箭的下降速度越来越慢，动作非常平稳、丝滑。距离溅落点大约只有200米左右，就是回收船“领航者”号。这也证明了此次试验的成功——如果实施真正的网系回收，“领航者”号只要往火箭的溅落点移动200来米，就有很大概率成功接住火箭。

在这里昕叔补充一点：由于船是会动的，会迎着火箭的方向开，所以网系回收是个“双向奔赴”的过程，就能减少火箭为了回收所携带的燃料，那么节省出来的重量就能装载更多的人和货了。这又是它比陆地场坪和塔架回收占便宜的一个地方。

这次模拟试验成功后，如不出意外，下一次我们就将看到长征十号的一级火箭上演全球首次 “绳子挂火箭”的壮举了。中国人的这个逆天脑洞，将如何帮助人类飞向“星辰大海”，就让我们拭目以待吧！

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