火箭界的“拾荒”高手

一直以來，火箭發(fā)射之后，其殘骸要么落下來報廢，要么變成太空垃圾四處游蕩。然而在2016年，美國太空技術探索公司的“獵鷹九號”火箭在海上平臺被成功回收，自此火箭回收流行起來。

火箭回收利大于弊

實際上，美國的商業(yè)太空公司“藍色起源”在此之前就成功回收了“新謝潑德”火箭和同名飛船，只不過，它們的飛行高度僅100.5千米，剛剛越過“卡門線”，而“獵鷹九號”直接將搭載的衛(wèi)星送入了預定軌道。

卡門線位于海拔100千米處，是國際公認的外太空與地球大氣層的分界線。

那么，人們?yōu)槭裁匆獱幥翱趾蟮剡M行火箭回收研究和試驗呢？

原來，所有的航天器都需要運載火箭來幫助它們實現(xiàn)升空。目前人類采用的一次性運載火箭在推送飛船或衛(wèi)星進入太空的過程中，不得不拋棄一些零部件，比如第一級和第二級助推火箭、逃逸塔和整流罩等。如果能夠成功將這些零部件回收，并重復使用，就會大大降低太空探索的成本。同時，火箭回收還有利于保護地面人員和財產(chǎn)的安全。因為，第一級、第二級火箭以及整流罩等都會因為高度不足，不能完全燃燒而變成殘骸落回地面。

目前，世界各國回收運載火箭的工作任務是回收助推火箭。

一般來說，第一級火箭是火箭的主要發(fā)動機，負責將火箭帶離地球大氣層，并給火箭提供足夠的速度和高度以進入軌道。第一級火箭尺寸大、質(zhì)量大、高價值原件多，而且在飛行過程中會分離并返回地面，因此，回收第一級火箭難度不大，但是收益大。

第二級火箭則是在第一級火箭完成使命后啟動的另一個發(fā)動機，它們通常可以被多次點燃，因此能將火箭推得更高、更快。第二級火箭尺寸較小，質(zhì)量也小，但設計和制造的要求高。因此，回收第二級火箭再利用的難度和代價比僅回收第一級火箭大得多。

回收火箭的幾種方式

2023年7月18日，美國火箭實驗室公司的“電子號”小型運載火箭執(zhí)行了第39次發(fā)射。此次發(fā)射采用“箭體傘降、緩降落海、船只打撈”的方式回收第一級火箭，因此備受各國關注。

“電子號”在發(fā)射升空2分30秒后，一二級火箭成功分離。第一級火箭立即打開引導傘，穩(wěn)定火箭箭體姿態(tài)，隨后降落傘打開，緩解下落速度，最后，回收船根據(jù)第一級火箭上攜帶的信標趕到現(xiàn)場，將其從海里撈起來。

目前，火箭回收主要有降落傘回收、垂直起降回收和滑翔回收等3種技術。

“電子號”這次回收使用的是降落傘回收技術。這項技術的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單、火箭運力損失較小，缺點則在于降落傘對火箭箭體的控制能力較差，降落地域隨機性大，而且海水對火箭箭體的腐蝕也是讓科學家頭痛的大問題。

垂直起降回收則要求火箭能夠垂直起飛并且垂直降落。簡而言之，就是第一級火箭預先留下一部分燃料，當與第二級火箭分離之后，主發(fā)電機再次點火，以確保第一級火箭降落到預定的著陸場地。不過，這種回收火箭的技術相對難度很大。

2024年1月19日，我國民營企業(yè)自主研制的液氧甲烷運載火箭“朱雀三號”完成試飛。這是一款垂直起降可重復使用的火箭。

滑翔回收技術不但要求發(fā)射國家國土廣袤，方便火箭返回機場，還需兼顧火箭和飛機兩種飛行模式，因此其系統(tǒng)異常復雜，并且綜合成本極高，所以這種回收技術的研究一直進展緩慢。

第二級火箭回收

為了進一步降低太空探索的成本，科學家把目光也投向了第二級火箭的回收。

我們知道，一塊隕石落入大氣層后，由于與大氣產(chǎn)生劇烈摩擦，其表面溫度可達2000℃以上。絕大多數(shù)隕石會因此熔融、剝離、分解，最終消失在大氣層中。

第二級火箭向地面墜落的過程中，同樣會面臨高溫燒灼的問題。美國太空技術探索公司在它們的“龍”飛船上發(fā)現(xiàn)，飛船隔熱瓦上出現(xiàn)了意外的流動現(xiàn)象，而且腐蝕現(xiàn)象比預期要深。

實際上，耐熱和返回結構的問題，僅僅是第二級火箭回收技術中需要攻克的很多問題之一。到目前為止，世界各國提出了諸多攻堅思路，比如帶滑翔翼返回方案、火箭主動冷卻方案，以及柔性充氣式熱盾方案等。但是，目前的任何思路或方案都存在明顯的缺憾。

人類對于第二級火箭回收技術的探索仍在繼續(xù)，熱情不減！