火箭界的“拾荒”高手

一直以來，火箭發射之后，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，人們為什么要爭前恐后地進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升空。目前人類采用的一次性運載火箭在推送飛船或衛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”小型運載火箭執行了第39次發射。此次發射采用“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，穩定火箭箭體姿態，隨后降落傘打開，緩解下落速度，最后，回收船根據第一級火箭上攜帶的信標趕到現場，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。這項技術的優點是系統簡單、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，由于與大氣產生劇烈摩擦，其表面溫度可達2000℃以上。絕大多數隕石會因此熔融、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”飛船上發現，飛船隔熱瓦上出現了意外的流動現象，而且腐蝕現象比預期要深。

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，熱情不減！