一張超級(jí)大網(wǎng)，如何接住返回的火箭？

2026年7月10日，長(zhǎng)征十號(hào)乙運(yùn)載火箭在海南商業(yè)航天發(fā)射場(chǎng)成功升空，將衛(wèi)星順利送入預(yù)定軌道。約6分鐘后，完成任務(wù)的一子級(jí)按照預(yù)定程序返回，并在海上回收平臺(tái)通過網(wǎng)系捕獲方式成功回收。這是我國(guó)首次成功實(shí)施運(yùn)載火箭可控回收，也是全球首次實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭網(wǎng)系回收，標(biāo)志著我國(guó)在重復(fù)使用火箭技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破。

長(zhǎng)征十號(hào)乙芯一級(jí)網(wǎng)系捕獲過程 視頻來源：微博@空天逐夢(mèng)

一枚巨大的運(yùn)載火箭完成發(fā)射任務(wù)后，不再像過去一樣墜入海洋，而是經(jīng)過精準(zhǔn)控制返回地球，并被回收系統(tǒng)安全捕獲，這一幕標(biāo)志著航天運(yùn)輸模式正在發(fā)生深刻變化。那么，為什么火箭需要回收？新聞中提到的“網(wǎng)系回收”又是如何實(shí)現(xiàn)的呢？這背后又有哪些關(guān)鍵技術(shù)支撐呢？

為什么要回收火箭？

長(zhǎng)期以來，運(yùn)載火箭都是按照“一次使用”的模式設(shè)計(jì)的。火箭在發(fā)射過程中，需要依靠一級(jí)、二級(jí)甚至多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生巨大推力，將衛(wèi)星、飛船等有效載荷送入太空。當(dāng)火箭完成任務(wù)后，大部分箭體結(jié)構(gòu)便會(huì)按照預(yù)定軌跡墜落，無法再次使用。

這種方式雖然技術(shù)成熟，但也存在明顯不足。

首先，火箭制造成本極高。現(xiàn)代大型運(yùn)載火箭包含大量高性能發(fā)動(dòng)機(jī)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜電子設(shè)備，每一次發(fā)射都需要重新制造大量關(guān)鍵部件。如果火箭只能執(zhí)行一次任務(wù)，就意味著大量昂貴設(shè)備被消耗掉。

長(zhǎng)十乙火箭一子級(jí)網(wǎng)系回收示意圖（圖片來源：[4]）

其次，一次性火箭限制了航天發(fā)射的頻率。隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、深空探測(cè)等任務(wù)不斷增加，未來人類對(duì)進(jìn)入太空的需求將快速增長(zhǎng)。如果每次發(fā)射都依靠全新的火箭，不僅成本壓力巨大，也難以滿足高密度發(fā)射需求。因此，發(fā)展重復(fù)使用火箭技術(shù)成為世界航天發(fā)展的重要方向。所謂重復(fù)使用火箭，就是讓火箭完成發(fā)射任務(wù)后，通過主動(dòng)控制返回地面，經(jīng)過檢測(cè)、維護(hù)和翻新后再次執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。

重復(fù)使用技術(shù)最大的意義在于降低航天運(yùn)輸成本，提高發(fā)射效率。就像飛機(jī)可以經(jīng)過維護(hù)后多次飛行一樣，未來火箭也有望成為一種可以循環(huán)使用的太空運(yùn)輸工具。

什么是網(wǎng)系回收？

網(wǎng)系回收是一種利用大型捕獲網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)返回中的火箭一級(jí)進(jìn)行接收和固定的回收方式。簡(jiǎn)單來說，火箭完成發(fā)射任務(wù)后，一級(jí)箭體與上面級(jí)分離。隨后，一級(jí)火箭通過發(fā)動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)，調(diào)整飛行方向和速度，返回預(yù)定回收區(qū)域。當(dāng)火箭接近海上回收平臺(tái)時(shí)，平臺(tái)上的大型網(wǎng)系裝置會(huì)展開，對(duì)下降中的火箭進(jìn)行捕獲，使其安全停留在回收區(qū)域。

三種火箭回收方式比較（圖片來源：[2]）

與傳統(tǒng)的垂直著陸回收方式不同，網(wǎng)系回收并不要求火箭像飛機(jī)一樣精準(zhǔn)降落在平整地面，而是通過捕獲裝置完成最后階段的固定。這種方式類似于用巨大的安全網(wǎng)接住高速返回的火箭。

火箭網(wǎng)系回收系統(tǒng)示意圖（圖片來源：[1]）

網(wǎng)系回收中的“網(wǎng)”并不是普通繩網(wǎng)，而是一套由高強(qiáng)度材料、機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成的復(fù)雜設(shè)備。它需要承受火箭返回時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊力，同時(shí)保證火箭結(jié)構(gòu)不受到嚴(yán)重?fù)p傷。

整個(gè)回收過程可以分為以下幾個(gè)階段：

首先是分離階段?；鸺患?jí)完成主要推進(jìn)任務(wù)后，與二級(jí)分離。

其次是返回調(diào)整階段。一級(jí)火箭利用自身發(fā)動(dòng)機(jī)重新點(diǎn)火，通過姿態(tài)調(diào)整改變運(yùn)動(dòng)方向，使其返回回收區(qū)域。

隨后進(jìn)入精確捕獲階段?；鸺枰诟咚傧陆颠^程中保持穩(wěn)定姿態(tài)，并進(jìn)入海上平臺(tái)設(shè)定的捕獲范圍。

最后是固定階段。網(wǎng)系裝置完成捕獲，對(duì)火箭進(jìn)行約束和緩沖，使其安全停留。

網(wǎng)系回收背后的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？

網(wǎng)系回收能夠成功實(shí)施，離不開多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的支撐。

01

高精度制導(dǎo)與導(dǎo)航技術(shù)

火箭返回過程中，必須準(zhǔn)確知道自身位置、速度和姿態(tài)，并根據(jù)實(shí)時(shí)情況調(diào)整飛行軌跡。

這需要綜合利用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及多種傳感器，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)甚至更高精度的控制。火箭不僅要“飛回來”，還要準(zhǔn)確進(jìn)入回收平臺(tái)上方的指定區(qū)域。

02

可重復(fù)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

返回階段需要發(fā)動(dòng)機(jī)再次點(diǎn)火，對(duì)火箭進(jìn)行減速和軌跡修正。因此，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)必須具備多次啟動(dòng)能力，并能夠在極端環(huán)境下保持穩(wěn)定工作。

發(fā)動(dòng)機(jī)不僅要承受發(fā)射階段的高溫高壓，還要滿足重復(fù)使用要求，這是重復(fù)使用火箭發(fā)展的核心技術(shù)之一。

03

智能控制與自主飛行技術(shù)

火箭返回過程速度快、環(huán)境變化復(fù)雜，無法完全依靠地面人員實(shí)時(shí)操作。因此，需要先進(jìn)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行自主判斷和控制。

智能控制系統(tǒng)能夠根據(jù)飛行狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)推力、箭體姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡，提高回收成功率。

04

高強(qiáng)度輕量化材料技術(shù)

重復(fù)使用火箭需要經(jīng)歷多次飛行循環(huán)，因此箭體材料必須同時(shí)滿足輕量化、高強(qiáng)度和耐高溫要求。

新型復(fù)合材料、耐熱材料以及先進(jìn)制造工藝的發(fā)展，為火箭多次使用提供了重要保障。

05

海上回收平臺(tái)與捕獲系統(tǒng)技術(shù)

網(wǎng)系回收的核心裝備就是海上捕獲平臺(tái)。平臺(tái)不僅要保持穩(wěn)定，還需要具備快速響應(yīng)能力。

海上捕獲平臺(tái)（圖片來源：[3]）

捕獲網(wǎng)需要精準(zhǔn)判斷火箭進(jìn)入時(shí)機(jī)，并通過緩沖、固定等機(jī)構(gòu)吸收沖擊力，確保火箭安全回收。這一系統(tǒng)實(shí)際上融合了機(jī)械工程、自動(dòng)控制和材料科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域技術(shù)。

長(zhǎng)征十號(hào)乙運(yùn)載火箭成功完成網(wǎng)系回收，意味著我國(guó)在重復(fù)使用火箭領(lǐng)域邁出了重要一步。從發(fā)射升空，到精準(zhǔn)返回，再到被回收平臺(tái)捕獲，火箭完成的不只是一次飛行任務(wù)，更是航天技術(shù)發(fā)展理念的一次轉(zhuǎn)變。網(wǎng)系回收技術(shù)的突破，將推動(dòng)我國(guó)商業(yè)航天、衛(wèi)星組網(wǎng)以及深空探索向更高效率、更低成本方向發(fā)展，為人類更加頻繁、更便捷地進(jìn)入太空提供新的可能。

參考文獻(xiàn)

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/u2Te-W7TYtFsKEsxv0RGDw

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/rOoveWDs-wFAMw-P69_Yng

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/cKgQpEii5JVJBGjTtsUs7w

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/V9gAl2wZ-4SbgYhJO5kb1Q

來源：力學(xué)科普

編輯：Amyyy

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