火箭整流罩的寶藏功能

正如高速列車的車頭通常被設計成子彈頭的外形一樣，速度更快的火箭頂部也會有一個流線型的結構，這就是整流罩。整流罩是火箭能夠安全飛離地球大氣層的保障。它究竟有什么寶藏功能？能不能被回收利用呢？

保護人造衛星的“金鐘罩”

整流罩是衛星的“金鐘罩”。它的第一大功能就是在飛行過程中保護火箭運載的人造衛星。火箭在大氣層內飛行時，速度高達每秒數千米。在此過程中，會產生音爆、激波、震動等，火箭本體與空氣劇烈摩擦還會產生大量熱量。

然而，人造衛星作為極其精密的科學設備，向來是“嬌貴”的——它不能承受過高的溫度與過于劇烈的震動。因此，火箭飛行時，整流罩可以將高溫、高速的氣流屏蔽在外，為人造衛星營造一個安全的環境，直至飛出大氣層。

人造衛星的“空調房”

整流罩還像一間舒適的“空調房”。在發射之前相當長的一段時間內，人造衛星就已被包裹在整流罩內部，因為火箭在發射前很可能長時間暴露于高溫、高濕、雷電等不利的環境下。整流罩連接著空調、通風管道等系統，也具有環境監測與控制功能。如果地面上的氣象條件不佳，整流罩就能為人造衛星提供一個溫度與濕度適宜的優良環境。

比如，建立于赤道附近的發射場一般陽光充足、氣溫較高，空調可以保證被暴曬的整流罩的內部環境幾個小時不發生明顯變化；在緯度較高的發射場，例如位于哈薩克斯坦境內的拜科努爾航天發射場，冬季氣溫可達-40℃，此時整流罩內將供暖風，確保人造衛星不被凍壞。當然，常規的遮風擋雨對整流罩來說，就更是“小菜一碟”了。

突破大氣層的“利劍”

顧名思義，整流罩的另一功能是“整流”，即降低火箭飛行的阻力。我國新一代運載火箭中的主力——長征五號運載火箭，其整流罩的造型十分優美，賦予了長征五號力量感與美感，成為長征五號鮮明的特征之一。

長征五號整流罩的設計采用了鼎鼎大名的馮·卡門曲線外形——馮·卡門曲線是一個流體動力學概念，由美國著名工程力學大師、航天技術理論的開拓者、空氣動力學家馮·卡門發現并創立。這種設計具有顯著減小空氣阻力的作用，能讓火箭像一把利劍輕松劃破大氣層，直達太空。

航天員的“保護傘”

考慮到航天員的生命安全，載人航天對設備的安全性要求更高一些。因此，俄羅斯的聯盟號載人飛船和我國的神舟號載人飛船的火箭整流罩結構都進行了相關設計——整流罩外添加了四面柵格翼與幾臺逃逸發動機。

在火箭起飛階段，如果遇到險情，整流罩將聯合逃逸塔組成逃逸飛行器，點燃整流罩外的逃逸發動機，將航天員帶離火箭。同時，柵格翼也會展開，幫助穩定飛船的飛行姿態。在到達安全距離后，飛船的返回艙會打開降落傘，協助航天員脫離險情、安全返回。

國際上新一代載人飛船的逃逸設計更加簡潔——既然載人飛船返回時還要經受大氣層的劇烈灼燒，那發射時直接讓載人飛船暴露在外即可，不需要整流罩的包裹。于是乎，SpaceX 的載人龍飛船、我國的新一代載人飛船都采取了這樣的設計——火箭沒有整流罩，載人飛船外殼本身就是整流罩。

可回收復用的整流罩

在全球運載火箭的主流設計里，整流罩分離后，要么在大氣中被燒毀，要么在墜入海洋時被破壞。隨著火箭回收潮流的興起，整流罩的回收復用也走上歷史舞臺。美國SpaceX 公司已經研發出一套比較完整的整流罩回收程序，其獵鷹9 號運載火箭已經可以用“二手”甚至“多手”整流罩執行任務，大大降低了任務成本。

獵鷹9 號的整流罩在分離后因稠密的大氣層減速，然后展開降落傘進一步減速。2017 年，SpaceX 公司嘗試將整流罩精準降落在兩艘帶有巨大回收網的船上，然而，近兩年中一次也沒有成功。直到2019 年6月，整流罩才被成功接住了一次。事實證明，降落傘過于飄忽不定，精準降落在船上的難度太高了，甚至會對回收船本身造成重創，得不償失。于是，SpaceX 公司在2021 年放棄使用大網來回收，而是讓整流罩直接緩緩落入海中，再開船去打撈，洗一洗繼續用。獵鷹9 號的整流罩成本約為 600 萬美元，占獵鷹 9 號發射總成本的10%——整流罩的回收復用進一步降低了火箭發射的成本。

我國也在進行整流罩傘降回收的實驗。2021 年7 月，我國成功發射長征二號丙運載火箭。與以往不同的是，這次任務的整流罩還搭載了“基于降落傘的整流罩落區控制技術”。簡而言之，就是整流罩在降落時打開降落傘，主動降低墜落速度，控制著陸的位置。這項技術目前用于防止整流罩墜向人口比較稠密的地區，日后如果實現精準著陸，我國也將掌握整流罩的回收及重復使用技術，讓我們拭目以待。

文章來源：《百科探秘·航空航天》

（責任編輯：嵇刊）