版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

近日，美國火箭實驗室公司透露，由於(yu) 直升機空中抓取回收火箭屢次失敗，正考慮更換方案，從(cong) 海上回收濺落的火箭子級，以便翻新複用。這意味著，越來越熱門的火箭回收業(ye) 務又迎來了“換賽道”。那麽(me) ，航天界現有的幾種火箭回收方式各自有何優(you) 劣？未來人們(men) 有望看到哪些腦洞大開的火箭回收招數呢？

直升機空中抓取回收火箭屢次失敗（來源：火箭實驗室公司）

傳(chuan) 統回收模式有挑戰

盡管越來越多的航天器頻繁飛入太空，科研人員卻在一個(ge) 方麵永不滿足：如何更安全、更經濟地幫助航天器“掙脫地球母親(qin) 的懷抱”？換成專(zhuan) 業(ye) 說法，就是如何降低航天發射任務的綜合成本？火箭回收無疑是最直接的手段之一。

從(cong) 火箭回收運作的現狀來看，美國SpaceX公司的獵鷹係列火箭擁有最成熟的技術模式，采用垂直自行返回方案，累計成功回收了100多次，多枚獵鷹9火箭第一級已重複完成了15次發射任務。

不過，這種火箭回收方法也免不了付出代價(jia) ，那就是火箭第一級有必要預留至少1/3的燃料儲(chu) 備，以便及時進行二次點火減速。也就是說，火箭為(wei) 了實現重複使用，不得不損失運載能力。此外，為(wei) 確保火箭第一級以垂直豎立姿勢平穩降落，緩衝(chong) 腿是必不可少的，隻有中大型火箭能夠“容忍”這種重量、空間代價(jia) ，無形中限製了適用範圍。

於(yu) 是，美國火箭實驗室公司2021年提出了直升機空中抓取回收火箭方案。簡單地說，就是讓輕巧的電子號火箭子級在降落傘(san) 下安穩下降，直升機及時靠近，伸出探鉤，吊掛回收。雖然外人感覺這種回收方式既精彩刺激又高效快捷，但“接駕”直升機的反應能力、吊運能力、可靠性都麵臨(lin) 著苛刻要求，為(wei) 保障“約會(hui) 時機”，實現準確的數據傳(chuan) 輸控製也有不小的難度。

在某次電子號火箭回收任務中，直升機的纜索裝置本已吊掛成功，但空中突如其來的巨大負載險些令直升機失控，迫使直升機遺憾地“放手”。而在另一次回收任務中，由於(yu) 火箭子級返回大氣層時遙測數據丟(diu) 失，一直待命的直升機無法及時定位，遺憾地錯過了“約會(hui) ”。

此外，各國還測試了多重傘(san) 降、反推火箭等回收模式，但都不太適合回收火箭艙段，仍需更多技術探索。至於(yu) 回收海上濺落的火箭子級，對於(yu) 材料、時機等要求無疑更加苛刻。

路線五花八門求“通關(guan) ”

正因為(wei) 火箭回收成功不易，一旦航天人掌握某種成熟方案，就有望獲得豐(feng) 厚的回報。於(yu) 是，從(cong) 航天愛好者到資深科學家，不斷提出一係列令人眼花繚亂(luan) 的火箭回收新方案，多條路線齊頭並進，努力找到水平更高、效益更大的“通關(guan) 秘籍”。

近年來，多國航天人提出了繩網吊掛回收火箭的設想，引發了不小的關(guan) 注。各國方案的共同點是搭建矩形回收平台，四角由高聳的塔柱穩定，連接起眾(zhong) 多纜索，多層布置，每層呈現“井”字形，構成受力複雜的強韌大網。預計火箭子級以近似垂直姿態落入感應區域時，第一層纜索中的多組平行的纜索在感應器幫助下快速移動，精確地對準火箭子級下墜方向，並掛住尾鉤之類的部件，進而觸發第一層全部纜索受力。隨著火箭子級繼續減速下落，各層纜索以同樣的方式進行吊掛作業(ye) ，直至火箭子級停止下墜，安全回收。

為(wei) 確保纜索鉤掛火箭子級的可靠性，一些方案增添了特殊材料製成的夾具，可以使火箭相對輕微地側(ce) 向受力，減速效果有可能更顯著。

顯然，這種新穎的回收方式使火箭不必預留大量燃料，還能省掉緩衝(chong) 腿等部件，有望顯著提升運載能力，又能大幅降低火箭保持姿態的控製難度。但是，為(wei) 了及時“截停”火箭子級，纜索材料與(yu) 全係統機構在強度和精度上都會(hui) 麵臨(lin) 毫不輕鬆的考驗。另外，火箭子級拋離的精確控製、天氣條件等恐怕都會(hui) 影響其“自投羅網”的成敗。

或許是感覺火箭子級下墜中找準落點太難也太麻煩，近年來航天愛好者們(men) 提出了一種更加簡單粗暴的方案——天坑回收。簡單地說，就是利用天然地質構造，或者挖掘出深度數十米、直徑超過10公裏的大坑，在裏麵大量填充緩衝(chong) 材料,可以是生活廢棄塑料再加工，或者是各類植物纖維加以改造。

而火箭回收過程也很簡單，隻要墜落點在天坑的範圍內(nei) ，數十米厚的緩衝(chong) 材料能夠在很大程度上保障任務的安全性。接下來，在附近待命的直升機迅速飛到天坑上方，放下索鉤，吊運火箭子級，將其運回車間，投入下一次發射任務的準備工作中。

天坑回收模式聽起來有點兒(er) 戲，但可以降低火箭子級返回途中付出的物質代價(jia) 和技術難度，建立另類回收場也沒有多少技術上的障礙。問題是，巨大天坑的建造投入必然很大，而露天回收場任憑風吹雨打、烈日暴曬，緩衝(chong) 材料的狀態如何？怎樣及時維護保障？恐怕提議者心裏也沒底。

其實，在眾(zhong) 多的火箭回收奇思妙想中，有一個(ge) 方案雖然僅(jin) 停留在概念階段，但在理論上相當完美，那就是自滑翔返回。簡單地說，就是給火箭子級裝上可折疊的機翼和舵機，及時“變身”保安全。

眾(zhong) 所周知，火箭子級的拋離點往往是在數萬(wan) 米的高空，具備巨大的勢能。隨著火箭子級進行自由落體(ti) 運動，勢能又轉化為(wei) 巨大的動能，促使它不斷加速下墜。常規的保護火箭子級的方法是盡量從(cong) 垂直方向上抵消這種極具破壞力的動能，通過“軟硬兼施”的手段減速。而自滑翔返回方案則是“化危為(wei) 機”，使火箭子級利用動能飛行。

在火箭子級加速墜落的過程中，如果機翼與(yu) 舵機及時展開運作，在無人駕駛技術加持下，有望使火箭子級從(cong) 自由落體(ti) 狀態很快改為(wei) 水平飛行狀態，好像從(cong) 高空俯衝(chong) 的滑翔機，隻不過更追求平穩飛行，不斷消耗可怕的動能，最終安全落地。

暢想未來，火箭的外形設計更加優(you) 化，材料、工藝和無人智能駕駛技術達到更高的水平，那麽(me) 火箭子級自主搜尋、定位並飛回發射基地，平穩地降落到跑道上，完成從(cong) 航天器到航空器的“華麗(li) 變身”，絕非癡人說夢。 （作者：孫飛）

歡迎掃碼關(guan) 注深i科普！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！