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本帖最后由 晨枫 于 2026-7-10 13:24 编辑
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2 S" {+ c( \- X4 w: C5 I中国成功进行了运载火箭第一级的网系回收，成为世界上第二个具有可复用火箭技术的国家。
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美国SpaceX是首先实现可复用技术的，从支腿式开始。
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支腿式对地面回收场的要求不高，技术难点都在火箭上。首先需要坚固的安装点，其次支腿强度和抗冲击力要求非常高。据估计，支腿的重量代价约10%，很占用火箭的运载能力。可复用火箭里，支腿和安装点是不可复用的，但这相比于第一级的整体价格，还是划算的。" u: D- L, x" g8 k6 S) [& e6 T* P
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下落速度控制当然重要，但支腿式的技术难点在于精确控制下落姿态，偏离垂直可能立刻造成倾倒，接下来就是爆炸。SpaceX的早期试验里，没少这样的事故。偏离垂直可以是控制问题，也可以是地面风的干扰。在海上回收的话，还会因为波浪运动造成平台倾摇，造成同样的问题。1 k; _- V6 v% [* g0 n
4 K+ g* F; F* H% b支腿式的重心必须精确落在支腿之间，这带来很大的控制和实际应用环境的挑战，控制精度还有办法通过技术进步来解决，地面风还有可能通过顶端的侧推姿控火箭迅速回位到垂直状态，海浪影响就很难解决，简单恢复到垂直状态都不一定解决问题，还取决于支腿落地时的受力分布和平台倾摇。即使勉强落地，还有风浪中的火箭固定和不使倾倒的问题。
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第二代可复用技术是夹持式，中国人喜欢形象地称作“筷子夹”。
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高大的回收塔上有一对钳式夹具，待回收火箭落入夹具之间时，夹具动作，夹住火箭。实际上不是直接夹住箭体，而是架住顶部格栅翼和承力耳环，把火箭“拎着耳朵吊起来”。顶部格栅翼主要用于回收时的气动姿态控制，也用作夹持时的挂钩。
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# P1 }0 X7 k+ H. l, Z6 m与支腿式相比，箭上重量代价降低80%以上，非常可观。翻修、复用成本也大大降低。
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2 F; x3 w: A8 E: n6 v6 A' m1 _+ r与支架式相比，夹持式更加稳定。重心在夹持点之下，这是自然稳定的。最重要的是，夹持稳定对火箭姿态不敏感，偏离垂直也不打紧，“吊住”后，就自然稳定了。当然，回收塔的要求很高，火箭精确落入夹具之间的要求也很高。' f5 a/ c. D6 I' W
$ Q) `5 F. O* l3 j在珠海航展上，中国展示了改进的夹持式，单立柱的回收塔改为四立柱的回收架，双臂式夹具改为双天车式夹具
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四立柱的回收架比单立柱的回收塔更加稳定，双天车的夹臂也比双臂式的夹具提供更大的容错余量，大大提高回收操作的可靠性和稳定性。四立柱避开火箭尾焰，也有利于降低材料和构造的要求，减轻重量、降低成本。单立柱就没法避开火箭尾焰了。实际上待回收火箭的进入姿态略微朝向回收塔，塔身按设计就是正好在尾焰的喷拂之中。9 Y% h* o0 q4 O }5 g# n
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高大单立柱结构在大风中会有晃动，这也限制了回收操作的气象条件。相比之下，四立柱受到风力的影响小得多，只要火箭的抗阵风控制过关，风力限制小得多。
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' m% Q" g9 B$ ~( Z双天车的缺点是天车臂比较长大，相对沉重，精确迅捷又足够轻柔的夹持动作实现不易。
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, A4 y! O% K+ v9 D2 z$ W7 j P6 \与容易有的误解不同，网系回收不是像蹦极网那样硬接，而是用网系代替夹具，是四立柱夹持式的改进，不仅把顶部的双天车改成井字形网索，还在底部增加了一组井字形网索。上井字形网索的作用和双天车相同，只是有更多的承力点，分散应力，对火箭姿态的敏感性进一步降低。下井字形网索帮助迅速固定火箭，避免晃动。网索的重量也大大低于刚性夹具，动作轻柔、敏捷、可靠。上下井字形网索完成固定后，一直到回收船回到基地才解开，确保火箭在海上的途中安全。
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. O* v0 i' M; m" }- V; U1 K与刚性夹具相比，柔性网索具有弹性和缓冲装置，降低回收的冲击力，提高回收安全性，降低回收挂钩的强度要求。比SpaceX的夹持式的重量和翻修成本进一步降低。长征十号乙也采用格栅翼，中国拥有格栅翼技术，加装格栅翼用于回收下降过程的气动控制顺理成章，现在也用作夹持式的挂钩。
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0 v: d! \; H, B1 U( Y% v/ H C回收船需要甲板宽大，特别稳定，船体分前后两段，中间由四立柱框架搭接，还解决了火箭尾焰对甲板的烧蚀问题。这样的船体复杂，但这完全在中国造船技术的范围之内，成本也可控。在未来，前后船体都采用双体船型也是可能的，这将是独特的四体船，更加适合四立柱的要求。
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9 d3 o/ l1 `0 v4 N! U与SpaceX的夹钳式相比，中国的网系式更加轻柔、可靠、稳定，海上回收也更安全。SpaceX的单立柱回收塔基本上不可能在海上应用，任何一点小风小浪就会导致不可接受的塔顶晃动，塔越高，晃动越大，基本上没法用于回收作业。SpaceX考虑过买二手钻井平台用于海上回收，最后还是放弃了。# ?' J/ E: d1 q& _
9 f* h/ [& ?7 a- Z海上回收既受到海洋风浪的影响，又有主动避开不利气候的能力。火箭发射和回收不是随便哪里都可以的，发射需要尽量靠近赤道，以最大限度利用地球自转的影响，回收则受到入轨方向的限制。但中国已经具有运载火箭机动发射的能力，与机动回收相结合，将大大增加发射窗口，提高发射频度。这样未必能保证每一次发射都在最优条件下进行，有效载荷会吃点亏，但更加宽大可靠的发射窗口同样重要。& q& F8 y) H+ ]! A; z( P
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长征十号的发动机技术还是常规的，不及SpaceX的液氢液氧先进，但中国的液氢液氧火箭已经在路上了。尽快解决可复用技术有助于加快组建低成本“中国星链”，其意义是怎么说也不过分的。更加先进、可靠、耐气候的网系回收大有可为。 |
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