中國首型可回收重復使用火箭問世 長十乙突破網系回收技術填補產業空白

據《環球時報》報道，7月10日，又一個中國航天的歷史性時刻在中國南海「上演」。當日上午12時15分，長征十號乙運載火箭（以下簡稱長十乙）在海南商業航天發射場發射升空，將衛星順利送入預定軌道，首飛任務取得圓滿成功。在火箭一二級分離6分鐘後，一級垂直返回，在距離發射場三百餘公裡外的海上回收平台，通過網系捕獲方式成功回收，一級回收任務取得圓滿成功。

據《環球時報》記者瞭解，此次任務是我國首次成功實施運載火箭一級可控回收，同時也是全球首次運載火箭網系回收，長征十號乙運載火箭成為我國首型成功實施回收的重復使用運載火箭。這標誌著我國在重復使用火箭技術領域取得歷史性突破，將為加快提升我國進出空間能力奠定堅實基礎。中國航天也就此邁入火箭回收時代。

在首飛任務前，《環球時報》記者曾近距離觀看處於起竪狀態的長十乙，約二十層樓高的粗大箭體，七台大推力發動機並聯的構型，凸顯首次成功回收的不易。

據瞭解，長十乙由中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院（以下簡稱火箭院）抓總研制。該型火箭的直徑達5米，採用兩級串聯構型，芯一級沿用長征十號甲運載火箭一子級狀態，採用液氧煤油推進劑，芯二級採用液氧甲烷推進劑，全箭起飛推力約890噸，起飛重量約760噸，首飛箭全箭長度約63米，重復使用狀態下近地軌道運載能力16噸。

「5米直徑是當前大型運載火箭的主流設計，可容納更大推力發動機與更多推進劑，支撐大運力需求。」火箭院火箭技術專家闞鐳在接受《環球時報》記者採訪時表示，長十乙可滿足低軌衛星互聯網星座部署、大型商業衛星發射等各類任務需求，復用狀態下可大幅降低發射成本，具有大運力、高性價比的優勢。

在首飛任務中，長十乙在點火後持續上升飛行3000秒。闞鐳介紹稱，在上升飛行段期間，火箭的一級7台液氧煤油發動機完成加速飛行，火箭一二級分離後，二級的1台液氧甲烷發動機接力工作，經過一次飛行、滑行調姿、二次點火等環節，將衛星精准送入預定軌道，同時完成箭體的鈍化處置。

返回著陸段是本次發射任務的核心驗證內容。據《環球時報》記者瞭解，長十乙的一級在升空150秒左右與二級分離後，將從海拔100公里以上的高度開始下落，以數倍於音速的狀態進入返回飛行階段。

「返回過程會先後經歷滑行調姿段、動力減速段、氣動減速段及著陸段四個階段。」火箭院火箭設計師王聰向《環球時報》記者介紹稱，在滑行調姿段，一級的柵格舵系統會展開，並完成再入姿態調整。此外，推進劑沈底管理系統也會同步工作，將儲箱內的推進劑沈降集中至底部，為後續發動機點火做好充分準備。在動力減速段，一級的發動機會再次點火，讓一級在進入稠密的大氣層之前踩一腳「剎車」，將速度降下來，避免進入大氣層後，因熱流等不利因素破壞箭體。隨後，一級將進入氣動減速段，這是防熱設計的關鍵驗證環節。在氣動減速段，火箭依靠柵格舵產生的氣動阻力減速飛行，一級的箭體底部會承受嚴苛的氣動加熱和氣動載荷考驗。最後，一級將進入著陸段，在這個階段會採用「准懸停」的控制策略，一級所有的控制手段都會用上，箭體柵格舵和火箭發動機協同開展控制，通過在線軌跡規劃獲得最優控制序列，把一級的高度和速度都控制到相對為「0」的狀態，最終在海上回收平台通過網系捕獲方式成功回收。

在7月10日的首飛任務中，長十乙在發射後約8分鐘，一級被海上回收平台精准捕獲，這個過程堪稱是步步驚心。記者在現場看到，許多參與長十乙研發的中國航天人在看到一級平穩降落的實時畫面後熱淚盈眶，中國航天終於迎來了成功回收的歷史性時刻，中國也成為全球第二個掌握火箭垂直回收技術的國家。

當前，世界上絕大多數重復使用火箭都採用著陸腿回收方案。長十乙研發團隊則別出心裁，獨創性地採用了海上平台網系捕獲回收技術，這也為世界大規模箭體回收提供了中國方案，展現了東方智慧。

7月10日，當長十乙一級「從天而降」，在中國南海之上，有一艘名為「領航者」號的火箭網系回收海上平台早已等候多時。這艘長144米、寬50米、吃水5.5米，滿載排水量2.5萬噸的巨輪，具備DP2動力定位能力，能利用自身推力器抵抗風浪流等環境干擾，維持預設位置或航向。它與網系回收裝置等產品組合，就能在茫茫大海上成為一個穩定、精准的移動著陸場。

「長十乙一級到達海上平台網系裝置上空後持續減速，網系裝置會通過滑車驅動繩索對一級進行接駁。一級箭體上的導航與定位系統實時獲取速度和位置信息，傳遞給控制系統，及時調整箭體的姿態和速度。同時，海上平台網系回收裝置實時監測箭體狀態，通過地面控制系統控制繩索運動。」火箭院技術專家孫振蓮將這個過程形容為是火箭和海上回收平台進行的一場精准的「雙向奔赴」，二者協同配合，實現一級精准入網。

而在一級箭體進入網系裝置後，箭體上的掛索機構會提前展開，隨後便與4根「井」字型繩索接觸。孫振蓮進一步介紹稱，箭體緩慢下降並被精准捕獲。整個過程時間非常短，需要箭體、繩索與掛索機構密切配合。瞬時承載會給掛索機構帶來巨大挑戰，在觸網、滑動與牽拉過程中，掛索機構需承受複雜載荷。「掛索機構就像一雙有力的大手，穩穩地抓住了火箭，隨後，在海上平台網系裝置作用下，火箭實現緩衝減速。」

在捕獲箭體後，海上平台的回收系統需進一步固定箭體。「受海浪、海風等環境影響，箭體可能在網系平台內晃動。回收系統通過兩步實現箭體穩固，首先，輔助穩固繩索從四周對箭體進行初步固定；之後，自動鎖緊平台移動至箭體下方，完成抱夾鎖緊支撐。就像給火箭系上了安全帶，讓它在海上也能穩穩當當，至此，火箭被完全穩固。」孫振蓮稱。

網系回收有其獨特的優勢。火箭院技術專家陳牧野介紹稱，相比當前主流回收方案，網系回收對火箭的著陸指標更為友好。「網系回收有助於簡化箭上結構，火箭無需配備複雜的著陸腿，從而減輕箭體重量，增加運載能力和效益。此外，這種回收方式對火箭落點偏差的適應能力強，可通過網系的協同來「放大」捕獲窗口。網系回收系統還可以通過系列化設計，適應不同規模火箭的回收需求。」陳牧野稱。

據瞭解，後續，長征十號乙運載火箭研制團隊將持續優化火箭性能，加快重復使用火箭技術的迭代升級，預計將在今年年底前完成一子級火箭復用飛行。

在商業航天、衛星互聯網、深空探索等被寫入「十五五」綱要的背景下，我國航天運輸系統在重復使用技術領域取得的重大突破，意義自然十分重大。

「可回收復用火箭的技術成熟度和工業化水平直接決定我國進入空間的技術能力和成本。」闞鐳介紹稱，從需求端角度而言，目前，我國已有多個巨型衛星互聯網星座進入實質性發射階段，「這種星座發射需求量大，呈爆發式增長態勢，且呈現發射時間窗口高度集中、發射頻次密集的特點，這使得傳統的一次性運載火箭在成本與產能方面的「制約」越發突出，難以跟上當下短週期、高密度的組網發射需求。」

他進一步表示，此次長十乙的成功首飛以及回收對我國商業航天發展的意義就在於，突破了低成本、大運力重復使用火箭技術，填補國內該領域的空白，未來將可以大幅降低商業發射成本，提升我國商業航天在國際市場的競爭力。「未來長十乙將承擔低軌衛星組網及其他商業發射任務，支撐低軌衛星互聯網、中軌道通信衛星等大規模組網需求。」

據瞭解，未來，長十乙還可利用回收後的長十甲火箭一子級執行發射任務，這也將為長十甲火箭的載人任務積累飛行數據，進一步提升可靠性。長十甲運載火箭作為我國新一代近地載人火箭，主要承擔低軌載人和載貨任務，堪稱長征二號F運載火箭和長征七號運載火箭的「集大成升級版」。未來，它將成為航天員往返地球與空間站的「生命之梯」。

此外，在長十乙5米直徑的基礎上，我國正在研制規模更大的液氧甲烷一子級，並與長征十號乙運載火箭的二子級液氧甲烷模塊組合，打造全液氧甲烷的長征十號丙運載火箭。王聰表示，該火箭定位為主力商業火箭，運載能力更強，能更好地滿足不同商業發射任務的需求。「目前，長征十號丙運載火箭正在緊鑼密鼓地研制中，未來將有力推動我國航天運輸產業化發展。」

「本次長征十號乙運載火箭飛行試驗取得圓滿成功，具有重大的里程碑意義。」闞鐳表示，一方面，作為長征十號甲運載火箭的全剖面飛行驗證，它將有力推進我國新一代載人火箭的研制進程；另一方面，作為我國首型回收成功的火箭，它標誌著我國運載火箭正式邁入重復使用的新時代，將極大地加速我國重復使用火箭常態化發射能力的形成；此外，此次試驗還驗證了液氧甲烷發動機的功能性能，為長征十號丙運載火箭的關鍵技術攻關提供了堅實支撐。