火箭回家路

　　浙江在线8月26日讯（记者 谢丹颖）短短40天内，中国火箭回收接连翻开两页崭新篇章。

　　7月10日12时15分，长征十号乙运载火箭在海南商业航天发射场升空。一部分箭体被“领航者”号海上回收船张开的“井”字形拦阻网捕获。这是我国首次实现入轨级运载火箭一子级可控回收，也是全球首次实现运载火箭海上网系回收。

　　8月19日7时41分许，蓝箭航天空间科技股份有限公司自主研制的朱雀三号重复使用遥二运载火箭一子级，稳稳站回甘肃民勤着陆场坪。这是我国首次实现运载火箭一子级着陆支腿方式回收，也是我国首次实现入轨级运载火箭一子级陆地回收。

　　一边是海上柔网凌空锁箭，一边是陆地着陆腿稳稳站定。两种回收方式看似不同，成功的背后却是一套逻辑：一子级分离后仍以数倍音速再入大气层，依靠发动机多次点火反推，配合栅格舵调整姿态减速，把上百吨箭体精准带回地面。两者核心差异，只在箭上支腿硬扛冲击或是海上网系柔性泄力。

　　此外，2024年，美国太空探索技术公司（SpaceX）还直接用发射塔架机械臂回收“星舰”（Starship）超重型助推器。这一过程被形象地称为“筷子夹”。从“海上网系”“着陆腿”到技术更复杂的“筷子夹”，人类让入轨级火箭“回家”的路，越走越宽。

　　“从百层高楼顶扔钢笔进笔筒”

　　火箭回收最早可以追溯到1993年，美国麦道公司的DC-X试验火箭完成具有里程碑意义的垂直起降演示。虽然它首飞只爬升45米、持续59秒，但证明了“让火箭飞回来”在技术上是可行的。

　　原理并不深奥，从概念验证到2015年SpaceX猎鹰9号成功实现一子级回收，中间隔了整整22年。

　　一枚运载火箭通常分为两级：一子级在下、二子级在上。如今所说的火箭回收，特指入轨级运载火箭飞至高空一二级分离后，原本完成任务后坠毁或自毁的一子级，能够返回预定着陆区。简单说，现阶段回收的，就是一子级。

　　探索火箭回收的原因很现实：据蓝箭航天相关负责人介绍，火箭一子级成本约占全箭的70%，若能多次重复使用，可有效降低火箭单次发射成本。

　　“经过数十年摸索，全球主要形成伞降回收、带翼水平回收、垂直起降回收3类回收路线。”浙江大学航空航天学院教授、副院长王高峰告诉记者，回收路线虽多，但目前成功的只有中美两国。业内常把这件事的难度比作“从百层楼顶扔钢笔进笔筒”。

　　第一类伞降回收（Parachute Recovery）思路直接。它依靠大型降落伞为回收箭体减速，最终溅落到海面或地面，搭配浮囊缓冲完成回收。短板也明显——海水会腐蚀箭体部件，后续翻新维护周期长；落点控制精度也差，很难回到指定场坪。加上该方案只适合小型助推器，因此已慢慢淡出主流火箭回收赛道。

　　那能不能让箭体像飞机一般滑翔落地？

　　这就是所谓的有翼水平回收（aerodynamic horizontal landing）——给火箭子级加装机翼与起落架，让一子级如同飞机一般滑翔，在跑道水平降落。但此时，机翼本身是额外负重，会明显损耗火箭运载能力。加上整套系统复杂，维护成本居高不下，工程化落地难度大。王高峰提及，虽然历史上美国、苏联的航天飞机轨道器均采用这种有翼水平返回模式，但目前还没有轨道级运载火箭靠这套方案实现商业化复用。

　　当前应用最广、商业化程度最高的技术路线，是垂直起降回收（Vertical Takeoff and Vertical Landing，简称“VTVL”）。火箭一二级分离后，一子级依靠自身动力多次精准启动主发动机，调整推力大小和喷射方向，配合栅格舵、姿控发动机等控制箭体姿态，沿预设轨道返回着陆区，最终以垂直姿态平稳降落于预定着陆平台。该方案逻辑清晰，但增设的回收结构、预留回收所需的推进剂，让火箭可送入轨道的有效载荷重量低于一次性发射方案。着陆腿、液压缓冲机构都属于无法分离抛弃的附加结构重量，这部分“死重”（航天术语，指飞行器除有效载荷之外，必须携带但本身不产生直接效益的固定重量）将长期损耗运力。同时，要想稳定着陆，末端悬停与定位精度要求极高。

　　这条大路线下又细分了3种主流落地模式：着陆腿垂直软着陆、海上网系捕获回收、机械臂空中夹持回收。通俗来讲，就是“自己站住”“网兜接住”“筷子夹住”。业内普遍认为三种模式各有优劣，没有绝对的好坏，只是适配场景有所不同。

　　海陆回归各有长短

　　对于当下主流的“垂直起降回收”，细分落地方案的区别集中在三件事上：最后靠什么缓冲、在哪里回收，以及对着陆精度的要求。

　　其中，着陆腿垂直软着陆分陆地和海上两条路径。

　　陆地回收一般选址在戈壁、荒漠等开阔少人处。地面环境稳定，落地后转运距离短，箭体翻修循环复用以“天”为单位，前期建设成本也相对较低。只是场坪位置固定，火箭分离后想要返场，点火过程会消耗大量推进剂，运力折损可能达到10%~30%甚至更多。

　　海上回收往往使用无人船作为接驳平台，火箭无需长距离返场，同等任务条件下能运送更多载荷。但海上环境带来的挑战同样显著，在十分常见的四级海况下，平台也可能出现2~3度的倾斜，叠加盐雾腐蚀与风浪窗口限制，对箭体控制与平台定位的要求大幅抬高。回收后的吊装上岸、清洗检测，也让整个周转期拉长到以“周”为单位。

　　简单来说，陆上建场便宜、周转快，但牺牲运力；海上建船昂贵、周转慢，但能增加载荷。陆上或海上，是在发射场地理条件、目标轨道与复用频率之间权衡得出的选择。

　　今年7月，长征十号乙运载火箭完成了全球首次海上网系回收，这属于垂直起降回收技术的一种。在此过程中，火箭飞行的大部分阶段与使用着陆腿进行垂直软着陆时高度相似，差异主要体现在最后的捕获环节。

　　中国航天科技集团专家许学雷在接受采访时提到，网系回收原理类似于舰载机借助阻拦索系统在航母降落。但航母是在水平方向拉住飞机，网系回收是在垂直方向兜住火箭。海上平台架设“井”字形柔性阻拦网，箭体不再携带着陆腿与复杂的液压缓冲机构，而是在下降到指定高度时，从侧壁弹出多组挂钩。与此同时，平台的阻拦索可主动移动。“船”要找“箭”，“箭”也要找“船”。海浪扰动下，两者要完成高动态的“对接”。当挂钩挂入柔性阻拦索，绳索与液压缓冲缸组成的系统会“吃掉”箭体剩余的动能与势能，将上百吨重的箭体在空中直接吊挂捕获，全程不与甲板发生硬接触。

　　由于无需一子级把速度压到极低再精准悬停，箭体末端的控制压力明显减轻，柔性网系本身也提供了更大的容错空间，对小范围落点偏差的包容度更高。更重要的是，相比着陆腿海上回收，箭上省去了“腿”，“死重”再降低。据行业估算，网系回收工况下，近地轨道运力折损约16%，低于着陆腿方案的约23%的水平。

　　不过，一位火箭从业者告诉记者，这套方案将复杂度与成本从箭上转移到了船上，需要大型专用回收船以及配套的主动网系捕获系统。这类重资产建设准入门槛高，更适合长征十号乙这类大吨位载人登月级火箭，对于小型火箭而言，难以降低成本。

　　凡事皆无止境

　　美国智库米切尔航空航天研究所曾发报告明确指出，随着卫星走向星座化部署，市场对“节奏”和“成本”的敏感度越来越高。这两项指标已与“运载能力”和“置信度”一同构成了衡量火箭发射体系竞争力的四大核心维度。

　　在朱雀三号遥二运载火箭成功完成一子级陆地垂直回收现场，蓝箭航天朱雀三号副总设计师董锴也指出，着陆支腿强度要能扛住一子级的质量：“如果运载火箭真的上升到三五千吨规模的时候，我认为可能会选择‘筷子夹’或者‘网系回收’。”

　　记者整理SpaceX公开数据发现：截至今年7月，“猎鹰”系列一子级累计回收634次，其中海上无人船回收占比约82%。这背后是“星链”（Starlink）任务对运力的极致敏感。同等任务条件下，猎鹰9号陆上回收模式近地轨道（空间站、星链都在此区域，简称LEO）的运力约13吨、海上回收约17.5吨，较一次性22.8吨分别折损约40%、23%。

　　“最好的零件是没有零件，最好的步骤是没有步骤。”随着技术的不断成熟，SpaceX创始人马斯克认为，不如干脆让超重型助推器直接落回发射塔，便省去着陆腿“死重”并实现小时级周转。

　　根据“星舰”第五次综合飞行任务页，2024年10月，发射塔机械臂成功捕获回收一子级超重型助推器，验证了取消着陆腿、空中“夹抱”返回发射塔的回收路径。这一回收方式被形象化地称为“筷子夹”。

　　中国也在跟进这一方向。据悉，上海大航跃迁航天科技有限公司研制的“跃迁一号”计划在2027年开展试验，走“塔架夹”路径。这与“筷子夹”原理相似。它兼顾着陆腿垂直软着陆、海上网系捕获回收两种技术的优势，既不需要笨重的着陆支架，也不用铺设巨大的缓冲网，省运力又灵活，但技术难度也是最高的。

　　要把这从天而降的庞然大物精准回收、稳稳捕获，王高峰认为，需闯过三道关键难关。

　　第一关是“回得准”。尽管“筷子夹”将部分“压力”转移给地面塔架，但要成功回收，回收落点偏差得从“米级”提升至“厘米级”。超重助推器返场阶段，多台发动机多次起动分级点火减速，逐步调整轨迹抵达发射塔上方。捕获动作执行时，发射塔机械臂要在火箭接近零速悬停状态下合拢，咬住栅格翼下方销钉。据公开信息，目标横向误差不超过10厘米，高度、姿态必须高度匹配。

　　“落得稳”同样挑战巨大。这相当于把一根高速下落的巨型“筷子”精准插回瓶口。“星舰”助推器高达70米，空重超过200吨。巨大质量带来极强惯性。这种情况下，要求助推器不仅要维持姿态稳定，还要实现近乎零速的悬停，精准对准发射塔机械臂上预设的承载点，难度极高。悬停精度稍有不足、捕获时机偏差半秒，轻则捕获落空、重则撞击塔架。此外，箭体内布设了大量精密航电设备，整套回收流程必须做好缓冲防护，才能确保箭体满足复用标准。

　　另一重难关在于“用得久”。这也是重复使用运载火箭的共性难题。江苏深蓝航天有限公司副总经理郑泽曾公开指出，火箭因为要多次穿越大气层，箭体必须采用高强度、耐高温、轻薄化的新型复合材料；发动机的可靠性也是核心关键。此外，火箭还需要具备便捷维护性，以保证回收后经过简易检测即可再次执行任务。而相关状态评估与检测技术，目前仍存在大量有待攻克的技术空白。

　　从“着陆腿”到“海上网系”再到“筷子夹”，航天探索从来就没有标准答案。无论选择哪条技术路径，本质上都是对物理规律的敬畏和对市场需求的回应。

　　上海交通大学钱学森图书馆里，陈列着一个特殊的信封。1941年，钱学森在完成著名论文《柱壳轴压屈曲》时，曾在信封上用红笔写下“Final”（定稿）。搁笔之际，他突然意识到“Final”也意味着“完结”。

　　对真理的追求，怎么会完结？

　　他取过信封，又用黑笔补写了一句：“Nothing is final.（凡事皆无止境）”

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