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“亦庄箭”铸就火箭回收“中国方案”

  近日,长征十号乙首飞及一子级回收任务成功。当火箭一子级从天空中呼啸返航,并精准平稳降落在海上回收平台,这次任务在中国航天发展史上树起一座重要里程碑,不仅代表着我国首次成功实施运载火箭可控回收,也是首次运载火箭网系回收。

  作为我国首型成功实施回收的重复使用运载火箭,长征十号乙从点火到回收都经历了哪些阶段,网系回收是什么,有哪些技术难点?让我们一同探索长征十号乙网系回收背后的中国创新。

  实现历史性突破的长征十号乙

  长征十号乙为5米直径两级串联构型大型液体运载火箭,由中国运载火箭技术研究院抓总研制,北京经开区企业中国长征火箭有限公司投资。一子级采用液氧煤油推进剂,二子级采用液氧甲烷推进剂,全箭起飞推力约890吨,起飞重量约760吨,首飞箭全箭长度约63米,重复使用状态下近地轨道运载能力16吨,可满足低轨卫星互联网星座部署、大型商业卫星发射等各类任务需求,复用状态下可大幅降低发射成本。

  本次首飞任务涵盖上升段和返回着陆段两个阶段,全面系统验证了重复使用运载火箭从发射到回收的完整技术链条,标志着我国在重复使用运载火箭领域达到新的高度,更为后续的火箭复用飞行奠定坚实基础。

  具体包括,成功验证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,特别是成功验证海上平台网系捕获回收等多项一子级重复使用关键核心技术。

  一条独具特色的中国路径——网系回收

  本次发射中,海上平台网系捕获回收技术系全球首次工程化应用。该项技术是基于我国火箭技术特点自主研发的技术路线,以“简化箭上,箭地协同”设计理念,突破大型运载火箭箭地协同柔性网系回收、大尺寸海上网系回收平台设计与制造、高动态相对导航定位等关键技术,增强回收火箭着陆偏差适应性、提高故障容错率,显著提升了重复使用火箭效率,为重复使用火箭提供了更灵活的回收方案。

  什么是“网系回收”

  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,尤其是在海上采取高空布设阻拦索,当火箭降至一定高度时,箭上挂索机构启动,稳稳挂在4根“井”字形绳索上,完成捕获回收。

  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。

  “网系回收”有何优势

  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。

  “网系回收”的技术难点

  网系回收并不是简单的“张网以待”,它的难点同样突出。

  网系回收不仅是火箭“一个人的事”,需要箭与船在动态中实现高精准的协同匹配,“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。

  相比陆上波动,海上回收受到海况影响,需要考虑不同海况下回收船运动特性对箭体着陆缓冲及稳定的影响,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。

  长征十号乙海上网系回收流程详解

  长十乙火箭一子级返回,全程处于复杂气流中。火箭在不到6分钟内完成空中“调头”、减速“刹车”、精确着陆等一系列高难度、高精度动作,实现“控得住”“回得准”“落得稳”“接得住”。

  归航 火箭精准定位网系

  一子级在经历上升段飞行、级间分离后,开启返程之旅,向着预定落点飞行。此时,回收船已在预定海域待命。火箭返回需经历动力减速、气动减速等过程,力热环境严酷。在接近网系前,火箭需再次启动发动机进行减速,高速气流给发动机点火带来严峻考验。

  入网 箭地协同精准对接

  火箭到达网系上空后持续减速,地面网系装置通过滑车驱动绳索与箭体进行接驳。箭上导航与定位系统实时获取速度和位置信息,传递给箭上控制系统,及时调整火箭姿态和速度。同时,地面网系回收装置实时监测火箭状态,通过地面控制系统控制绳索运动。

  捕获 挂索机构稳定承接

  火箭进入网系后,箭上挂索机构提前展开,当绳索与火箭运动到位后,挂索机构与绳索接触,箭体缓慢下降并被精准捕获。整个过程时间极短,需要箭体、绳索与挂索机构密切配合。

  稳固 多系统协同固定箭体

  捕获后,回收系统通过两步实现箭体稳固:首先,辅助稳固绳索从四周对箭体进行初步固定;之后,自动锁紧平台移动至箭体下方,完成抱夹锁紧支撑。

  一场对重复使用火箭技术的系统性检验

  2026年2月,长征十号甲首次实现一子级海上回收溅落。此次任务是继长征十号甲运载火箭低空演示验证飞行后的进一步验证,长征十号乙的一子级为全状态,执行从起飞到回收的全剖面飞行任务,标志着我国重复使用运载火箭技术从单项验证向系统集成迈出关键一步。

  力热环境 复杂飞行条件的极限挑战

  火箭飞行过程中,箭体需穿越从海平面到轨道高度的全程空域,经受起飞级间分离、跨声速飞行、最大动压飞行、返回再入等复杂力热环境考验。

  返回段是力热环境最为严酷的飞行阶段。当火箭以数倍声速再入稠密大气层时,气动加热导致箭体底部温度急剧上升,箭体结构面临高温烧蚀和力学载荷的双重挑战。针对严苛的气动加热环境,研制团队为箭体配备了耐高温防热材料和优化后的气动外形设计,确保箭体结构在返回过程中保持完整性和功能可靠性。

  气动载荷方面,返回段飞行过程中箭体承受的动压载荷随飞行高度和速度变化呈现先增后减的规律,最大动压点附近箭体承受的气动压力达到峰值,对箭体结构和机构设计提出极高要求。

  力学振动环境贯穿全飞行段。发动机推力脉动、级间分离冲击等环节均产生复杂的振动激励,对箭上电子设备和精密仪器的正常工作构成严峻考验。研制团队通过精细化的频率管理和减振设计,确保各系统产品力学环境适应性满足设计要求。

  研制团队系统开展气动特性设计复查、载荷设计复核等专项工作,逐项验证设计正确性和工况覆盖性,确保箭体对复杂力热环境的适应性满足设计要求。任务结果表明,箭体结构防热方案有效、控制策略正确、回收系统工作正常,各项性能指标达到预期目标。

  “钢铁座驾”托举火箭昂首问天

  为提升发射便捷性,长征十号乙选用“三平”测发模式,即水平总装、水平测试、水平转运,最后在发射区起竖发射,大幅缩短发射区占位时间,更适合执行商业任务。

  该装置是专为5米级运载火箭“三平”测发模式量身打造的关键设备,为火箭后续开展商业发射、提升快速响应能力打下坚实基础。  融媒体中心 李啸


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