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萧易:运载火箭网捕回收 商业化复用中美差距明显

萧易:运载火箭网捕回收 商业化复用中美差距明显
2026年3月24日,佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心,39B发射台上的NASA“阿耳忒弥斯2号”太空发射系统(SLS)火箭和猎户座(Orion)飞船沐浴在晨光中。 (T.J. Muscaro/英文大纪元)
2026-07-3008:42 中港台时间|07-3008:43 更新
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【大纪元2026年07月28日讯】2026年7月10日,中国航天科技集团宣布,长征十号乙运载火箭由海上回收平台采用网系捕获系统完成回收。消息公布后,大陆社交媒体迅速掀起讨论热潮,相关话题冲上微博热搜前列。大陆官媒将称此为大陆航天发展的“历史性突破”,并宣称这是全球首次采用网系捕获系统实现轨道级运载火箭一子级回收。

一子级通常指火箭的第一级,也就是大家常说的“助推器”或“主助推器”。现代运载火箭为多级结构(通常由一级和二级火箭组成,部分型号还设有第三级;此外,火箭通常配备整流罩,用于保护酬载),一子级是火箭最下面、推力最大的一级,主要负责火箭起飞和初始加速,燃烧完后即分离。它集成了发动机、液压系统、飞控计算机、导航系统以及燃料系统等核心部件,是整枚火箭中技术最复杂、价值最高的部分。

网捕回收是对部分技术短板的回避

官方宣称,网系捕获回收差异化技术路线是系统级创新。它能够实现箭体结构轻量化增效(取消着陆腿,省下的重量可以转化为更大运载能力),降低对于落点精度的要求(相比于固定的发射台,回收网形成数十米的缓冲空间),火箭在回落时即使出现一定偏差,也能在船上的绳索帮助下找平,从而减少箭体在着陆过程中的冲击损伤。

但在笔者看来,这些所谓优势实质上是对某些技术短板的回避。SpaceX能做到米级精度着陆,是因为其在飞控与GNC(制导、导航、控制)、发动机深度节流与可变推力控制、实时姿态与轨迹调整、结构与热防护等方面达到了极高的技术成熟度。采用的是“自主垂直着陆”路线,代价是研发周期长、试错成本高,但一旦突破,边际成本极低,复用率高。

长征十号乙用一张网放大捕获窗口,从系统工程角度看,是降低对发动机深度节流和末端精控的要求,回避了自主着陆时“发动机极致深度节流 + 实时悬停微调”的技术难点。先用较大误差窗口着陆,再靠外部系统“兜底”,发动机也只需工作到“粗控”阶段,减少对超低推力稳态燃烧的挑战,但这同时暴露出当前中国火箭在末端主动精控上与SpaceX之间的差距。

SpaceX的“猎鹰9号”采用着陆腿进行垂直着陆,而“星舰”的超重型助推器则依靠发射塔上的机械臂(俗称“筷子臂”)实现空中捕获。两种方案均对火箭返回阶段的落点精度提出极高要求:着陆腿方案需要精度控制在个位数米范围内,而筷子臂方案的要求更高,终端对准精度需达到厘米级(机械臂要精准夹住助推器上的特定接口)。

中国并非没做过类似尝试,2025年12月蓝箭航天朱雀三号遥一的回收试验,就是着落腿回收路线的典型案例,揭示出中国航天在末端控制环节上面对的工程难点。火箭在酒泉发射后成功入轨,但一子级回收试验失败,在着陆段点火后发动机出现异常(具体可能涉及推力响应、燃烧稳定性或节流控制问题),未能实现软着陆,最终坠毁在回收场坪边缘。

SpaceX无人着陆船长91米、宽52米,甲板面积约4,732平米。而长征十号乙配套的“领航者号”回收船长144米,宽50米,平台面积达到7,200平米。柔性绳网的捕获窗口达到数十米级别,对落点偏差的容忍度远高于着陆腿方案。网捕系统通过火箭挂钩与平台柔性网、液压阻尼相结合的方式实现“兜住”,把部分技术难度转移到地面/海上系统。

就是说长征十号乙无需像“猎鹰9号”那样,依靠火箭自身控制在最后几米做到近乎完美的零速垂直触地,而是借助海上回收平台的机械约束系统完成冲击吸收和稳定工作,以高容错率换来更高的回收成功概率。换句话说,网系捕获回收就是在当前技术条件受限的情况下,被迫采取的一个替代性工程方案。

SpaceX“猎鹰9号”一子级回收的技术门槛

长征十号乙运载火箭为5米直径两级串联构型,全箭起飞推力约890吨,起飞重量约760吨,全箭长度约63米。在重复使用状态下,其近地轨道运载能力约16吨。从运力水平来看,与SpaceX“猎鹰9号”Block 5在海上无人船回收模式下的近地轨道运力水平大致相当,而“猎鹰9号”首次海上无人船回收成功的时间是十年前(2016年4月)。

有外媒报导称,SpaceX在火箭回收技术发展初期,曾经研究和评估过多种回收方案,包括网捕、绳索/系留、机械固定装置等思路。但最终把着陆腿 + 发动机精确反推实现海上/陆上软着陆作为核心方向,选择了高自主性主动控制方案。原因是海上网/绳方案虽容错率高,但操作复杂(缠绕风险、能量吸收极限等)、天气依赖强、后续处理成本高。

事实上,“猎鹰9号”一子级回收和复用的核心难点,并非着陆腿、冷气喷嘴和钛合金格栅舵等设备,而是一整套高度复杂的自主飞行控制体系。一级助推器需要在经历高速再入、大气扰动和燃料消耗变化后,仍能精确返回目标区域,并在最后几十秒完成稳定着陆。而SpaceX的核心技术壁垒之一,就是其高精度制导、导航与控制(GNC)系统。

它融合惯性导航、GPS、雷达高度计等多源数据,通过实时状态估计和轨迹修正,持续计算火箭的位置、速度和姿态。尤其在最后阶段动力下降过程中,火箭需要执行“自杀式点火”(suicide burn)着陆策略,即尽可能晚地启动发动机,并在有限时间内完成速度归零和姿态稳定。这要求算法具备极高的实时性和鲁棒性,任何几秒级的误差都可能导致着陆失败。

其次,一子级回收依赖发动机在返回阶段多次重新点火,通过精确调节推力实现加速度控制和着陆腿触地瞬间的“软着陆”零速匹配。发动机不仅需要可靠重复启动,还必须具备瞬态响应能力,使火箭能根据实时飞行状态调整加速度。在着陆瞬间,发动机推力要与火箭剩余重量、下降速度和高度变化精确匹配,使助推器以极低速度接触地面或无人船甲板。

在返回过程中,“猎鹰9号”还需协调多套执行机构进行实时姿态与轨迹调整,包括冷气推进器(RCS)、钛合金格栅舵(Grid Fins)以及发动机摆动控制系统。其中,格栅舵主要负责大气层内的姿态调整,发动机摆动和推力控制则负责精确修正轨迹。多个系统必须在高速动态环境下协同工作,任何偏差都要在几秒内纠正,否则可能导致火箭姿态失衡而直接翻车。

除了飞控和动力控制,一级重复使用还要求箭体结构能够承受多次飞行环境,包括再入过程中的热载荷、气动冲击和发动机高温环境。同时,推进剂管理也是关键问题,需要避免燃料晃动、供给不稳定和发动机入口气蚀等问题,保证返回阶段发动机持续可靠工作。因此,“猎鹰9号”一子级回收真正的技术门槛是飞控算法、发动机可靠性以及长期积累的经验和数据。

中美两国在航天技术上差距明显

成功掌握自主垂直着陆技术后,SpaceX并未就此止步。对于体型更大、运力更高的“星舰”,着陆腿的重量、结构复杂性和后续运输流程,都会影响其有效载荷和复用效率。为了满足高频发射要求,SpaceX进一步提出回收新思路:不再依靠着陆腿完成地面或海上软着陆,而是采用发射塔双机械臂直接抓取正在下降的助推器,实现“主动捕获”。

这一技术路线对自主飞行控制提出更高要求,助推器必须在高速返回过程中精确控制速度、姿态和位置,在接近发射塔时与机械臂完成动态匹配。即在火箭还没有真正落地之前就用机械臂直接夹住,而非接近着陆或触地后机械固定。该方案彻底去掉了着陆腿、液压系统及其收放装置,简化了火箭设计,提升了运载能力和结构效率。

抓取后的助推器可以直接固定在发射塔上,便于进行快速检测、维护、推进剂加注和准备下一次发射,省去了腿部收放、海上/陆地运输、吊装等环节,将极大压缩周转时间。方案的目标是未来实现“飞机式”高频周转,从“猎鹰9号”的“天级”复用,迈向“小时级”复用。

2024年10月,“星舰”超重型助推器在轨道级试飞中首次被发射塔双机械臂成功捕获。助推器返回时通过发动机反推和栅格舵精确控制姿态与轨迹,在下降至塔架时(尚未触地),塔上巨型机械臂迅速闭合,夹住助推器上的特定接口,实现精准捕获与锁定。这是全球首次实现对大型火箭助推器的主动空中抓取,标志着SpaceX回收技术又一次重大跃升。

相比之下,中国此次采用的网系捕获方案(柔性缓冲网配合挂钩装置),并非主动空中抓取,而是在火箭完成自主返回后,借助海上回收平台的柔性约束系统完成末端缓冲与固定。两者虽然都属于可重复使用火箭回收技术,但在控制逻辑、系统分工和技术路线方面存在明显差异。

通过公开信息分析,所谓“网系捕获”更准确的理解应该是一种“海上着陆后的柔性约束与固定技术”,其核心目的是防止火箭倾倒、降低海上回收风险,提高整体回收可靠性,而非像SpaceX“星舰”那样,在火箭尚未着陆前就由机械臂主动完成空中捕获。两者虽然都涉及“抓取”,但抓取的对象和时机存在本质区别。

在网捕回收方案中,火箭依靠发动机反推、惯性导航和卫星定位等技术,完成垂直返回和末端减速。当接近回收平台时,平台上的柔性缓冲网、挂钩及约束装置迅速对箭体进行固定,吸收剩余冲击,防止火箭因风浪或平台摇摆而倾倒。因此,它更接近于“抓住已经落地的火箭”,而不是对仍处于飞行状态的火箭实施主动空中捕获,属于被动或半主动回收方案。

从工程角度来看,这种方案的长期应用效果仍有待更多飞行验证。对于类似“星舰”这种级别的重型运载器,质量、动能和尺寸都大幅增加,网捕回收的工程复杂度将会指数级上升。另外,海上回收平台本身还需具备船体高精度定位能力,多次复用后的网系可靠性、箭体检测、平台周转效率,以及在恶劣海况下的适应性等,也需要经过进一步工程实践验证。

SpaceX下一个目标是在“星舰”上实现完全可重复使用,包括二子级(上层舱段)的轨道级回收。也就是说,当二子级在完成轨道任务后,将以接近第一宇宙速度(约7.8公里/秒)脱离轨道,重新进入大气层。在承受极端高温和巨大气动载荷之后,通过飞控系统和发动机完成姿态调整、减速和着陆,最终安全降落,并实现再次使用。

在二子级回收中,火箭不仅要承受数千摄氏度的再入高温,还要保证热防护瓦片、箭体结构、飞控系统和发动机在极端环境下保持正常工作,难度比一子级回收提高了不止一个数量级。目前,“星舰”二子级已多次验证高温再入和滑行控制,但完整受控着陆和回收仍处于测试阶段,SpaceX计划在2027年实现可靠的轨道级二子级回收演示。

结语

回收成功仅仅是第一步,只有真正形成“发射—回收—检测—复用—重飞”的高效闭环,才能大幅摊薄单次发射成本,释放高密度发射能力,实现从技术探索向商业化落地的转变。此次长征十号一子级的网捕回收只是完成了一项技术验证,距离全面商业化还很远。工程验证、成本核算、发射频次以及可靠性积累,这些环节都需要时间去完成。

SpaceX在2017年3月就开始使用回收的助推器执行发射任务,但直到2020年,回收和复用才逐渐成为其常规操作 。根据中共央视报导,这次回收的一子级,计划将在今年年底前完成复用飞行。航天科技集团工程师陈牧野表示,回收之后还需对火箭进行检测、检修、维护、确认、再测试,才能让它达到第二次飞行的条件。

根据SpaceX公布的数据,“猎鹰9号”迄今累计发射超620次,成功率99%。其中2025年全年完成170次发射,占美国当年发射总量87%、全球入轨载荷83%,单次发射边际成本约1,500万美元。“猎鹰9号”已实现600多次回收着陆,同一枚助推器最高复飞纪录达36次,而“星舰”到今年5月已累计完成12次飞行测试。这意味着中国航天在可重复使用火箭这条商业化道路上,还有一段不短的距离需要追赶。

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责任编辑:高义

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