大家都知道,在7月10日之前,全世界只有美国的两家公司,成功实现过一子级的火箭回收。而7月10日这天,中国的一枚直径5米的长十乙火箭冲天而起,把火箭送入太空之后几分钟,它的一子级直接掉头,从百公里高空垂直降落,被南海上的一张我国自主研制的海上回收船“网”实现顺利回收。
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但这并不是我们的终点,39天之后的8月19日。朱雀三号遥二运载火箭发射升空,火箭一子级受控着陆于甘肃民勤县着陆场。成为中国继7月10号海上网系回收长十乙火箭一子级之后的第二次火箭一子级回收,也是第一次陆地回收。而干出这样漂亮成绩的,并不是国家队长征系列火箭,而是一家民营企业。
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原本的火箭,就是把卫星或者飞船送上天,之后火箭就完成了自己的使命,要么直接在大气层里烧毁,要么直接掉进海里,所以每次火箭发射成本也高得吓人,它的多数成本,其实也正在这一子级的几台发动机上。
所以,过去这些年,美国一直都在磕一件事,就是怎么让火箭实现重复使用。
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显然,如果火箭的一子级能够重复使用,那将能极大降低运载火箭的使用成本,回收之后的火箭一子级,只需要简单的维修检测,就能下次发射接着用,这样除了省钱之外,连发射的频次也提了上来。
但7月10号之前,能实现一子级回收的,全世界也只有两家美国公司成功过。所以,对除了美国外的任何国家来说,回收大型低温液体运载火箭,是一项高难度工程。
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而到了8月19号,我国的国家队和民营队都各自实现了海上和陆上的火箭一子级回收。在两条路上打破了美国的技术垄断。
朱雀三号火箭的主结构是通体不锈钢材料。采用了燃料箱在上,氧气箱在下的布局。为啥朱雀三号火箭的一子级回收这么重要?因为这枚火箭的一子级配备的设备,占了这枚火箭70%的资金。在一子级上,配备着九台天鹊-12A液氧甲烷发动机,动力系统可在40%至110%的推力范围间调节,可在完成轨道发射后实施垂直回收与再利用,设计复用不少于20次。
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有了朱雀三号一子级的回收,以后每公斤的载荷发射成本,将会被压缩到每公斤2万元以内。
我们知道,火箭发射之后不久,一子级就会和二子级分离。从这时候开始,火箭的一子级就会自动开启一段重回地球的300多秒钟的过程。这个过程又可以分为四个阶段,最开始是纯靠着地球引力作用自由下落。之后就是发动机点火,这个作用就是让发动机提供一定的反推力,让火箭控制一下下落的速度。之后,在进入大气层的时候,靠稠密的空气阻力实现火箭一子级的再一次刹车动作。最后,在临近还面试后再开启其他发动机继续反推减速,实现最后的回收。
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这300多秒,每一步都要提前算好,不能出任何问题,因为根本没有容错空间。因为要在几分钟的时间里,把每秒近2公里的速度,这个速度差不多是6倍音速,迅速降到零。而这些过程中的操作,全凭火箭自动控制,人不干预。
比如火箭在返回过程中什么时候点火减速,又什么时候利用火箭栅格舵来调整方向,都凭它自己去判断。发射后大约5分多钟,火箭来到预定海域。在发动机反推的作用下,它几乎悬停在海上回收平台上方,找准位置,开始下落。
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在火箭落进回收网之前,船上的挂锁已经提前运动到指定位置,就等着火箭穿过网去。
综合比较中国的长十乙海上回收,和朱雀三号的陆上回收,长十乙海上回收还会多出一个关键变量,就是海上的浪。
在执行回收任务时,一艘叫“领航者”号的网系回收平台船。船上装了一套动力定位系统,在浪高3到4米的情况下,船体的定位误差能控制在0.5米以内。除此之外,设计师们还在船的四个角加了外飘台。船稍微一倾斜,飘台就扎进水里产生浮力,能大幅减小船体的横摇角度。
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船上最显眼的是那个比20层楼还高的67米高的塔架,靠四组大支座固定在船上。塔架上方,不同粗细的阻拦索张开一张大网。这张网可以根据火箭的落点随时移动位置,精准“接住”从天上掉下来的大家伙。
长十乙是按照重复使用10次来设计的。回收回来之后,要对箭体进行全面检查、系统性测试,然后请专家把关,大概半年之内就能复飞。
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而朱雀三号遥二箭回收成功后,技术人员已在着陆场对回收箭体进行初步检查,也是计划在半年内实施复飞任务。
长十乙和朱雀三号火箭的两次成功,不只是航天技术上的突破,对商业航天来说,更是一个天大的好消息。
2025年底,中国一次性向国际电信联盟提交了20.3万颗卫星的频轨资源申请。为啥一次申请这么多?因为轨道和频谱是太空经济的核心战略资源,国际电信联盟的规矩是“先申报先使用”。
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中国虽然早就规划了国网星座、千帆星座等低轨卫星组网项目,但发射的卫星总数还不多。今年6月的公开资料显示,千帆在轨卫星是200颗。而根据计划,到2030年千帆需要完成超过一万颗星的组网。
一万颗星,靠一次性火箭?成本根本受不了。必须突破火箭回收和快速复用技术,才能支撑这种高频次、大规模的“太空物流”。
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长十乙由于是海上网系回收,所以首发就选在海南商业航天发射场。朱雀三号则是陆地回收,所以选择酒泉发射场。但这两型火箭本来就是为商业航天研发的。从设计生产到测试发射,处处都在追求高效和高性价比。
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过去火箭到了发射场,得先拉进技术厂房的测试区,测完了再拉到工位上。现在好多火箭公司直接把厂房生产线建在发射场旁边,在厂房里测完,直接就能进工位。最长不超过5天就能打一发,打完恢复也不超过5天。理论上,一个工位一个月打2到3发没问题。
从“一年几发”到“一个月几发”,这才是商业航天该有的节奏。
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