听回收火箭到底有多难

演讲

唐庆博

近日 美国太空探索技术公司（ ）的“龙”飞船首次载人，

试飞成功 将两名美国宇航员送SpaceX

入国际空间站 最大的创，新就是首次制造出可重复利用的。SpaceX

火箭 那么 回收火箭到底有多难 请听中国运载火箭技术研究， ，院研究发展中心高级工程师唐庆？

博在“造就 ”演讲上介绍可回收火箭的技术难点。

Talk

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年，SpaceX 公司的猎鹰 运载火箭首次实现一子级回收。2017 年

2016 9又首次实现“二手火箭”的成功发射

，SpaceX年 月，“龙” 货运飞船由最新型猎鹰 火

。2018箭发射升空，同时实现了陆上回收。它在小

5 9修状态下可以重复使用次，大修状况下可使用 次。

10这些年来，SpaceX 公司及其创始人埃

100隆·马斯克对技术的探索和对科研的追求，一直在感动着我们。

人类是怎样实现宇宙探索的呢？我来给大家简单介绍一下。其实，火箭发射的原理与扔石头是一样的———你扔的速度越快，石头就落得越远。火箭也是一样，当它的飞行速度超过第一宇宙速度，也就是千米/秒的时候，就可以围绕地球飞行；如果

7.9达到第二宇宙速度（11.2 千米/秒），就可以脱离地球的束缚； 如果达到第三宇宙速度千米/秒），则可以飞向更远的太空。运载火箭的设计原理就是通过分级火（16.7箭按照“使用—分离—抛弃”的顺序，一级一级地把有效载荷运到轨道上去。

有人会问：火箭那么昂贵，每一次都抛掉子级是不是很浪费？确实如此。而且，在抛弃的过程中， 有时候火箭残骸会砸到意想不到的地方，产生一些损害；也可能没掉到地面，再入轨的时候形成碎片，对整个轨道产生潜在的危害。

于是，很多科学家就设想，能不能把火箭收回来再次利用？实际上，几十年来，各个国家的科学家都一直在研究这个问题而 公司则取得了突破性的进展。

，公司的火箭飞行轨迹是怎样SpaceX

的呢

SpaceX以它执行第一地球轨道任务为例。火？

箭起飞后 多秒的时候，高度为 公里左右， 速度已经达到了非常快的 马赫（1

140 60马赫即一倍音速）。这时候它的一子级就关

6机，与二子级分离，之后发动机喷口朝着回收点的方向，进行第二次点火，来减小飞行的速度。

当飞行高度达到 公里左右，一子级上的栅格翼打开。它的作用有两个，一是利

70用气动进行减速， 二是对火箭的姿态进行控制。接下来是第三次点火，快到着陆点的时候还有第四次点火， 使速度降到 米/秒，着陆缓冲支撑腿打开。最后 也是最惊

5险的环节———垂直落在地面上。，

这个过程说起来挺简单的，可是猎鹰火箭在实现海上回收之前曾经失败了 次，说明这件事还是挺难的。它究竟难在哪里呢？

4第一个难点，因为加了回收这一步骤，所以火箭的总体参数优化和设计变复杂了。回收过程中首先需要有一定的动力，也就需要携带一部分的推进剂。 在它落地过程中， 气动加热会导致子级外壳出现一定的损失，这时候需要相应增重，而且可能需要对下落的弹道进行调整。打个比方，就好像既要它多扛货物，又要它本身体重轻，所以有很大的难度。

第二个难点， 整个垂直返回的精度控制要求很高。 我们可以把回收的过程比喻成一个动作———你手上有一支铅笔， 要把这支铅笔抛出去， 而且要让它垂直落在一个点上。这个过程分两个阶段：一是抛出去以后要准确找到那个点， 因此导航制导精度要求特别高； 二是它快要落地时要垂直降落，不能倾倒，这对它本身姿态的控制要求比较高。

第三个难点，火箭子级落地过程中，要对它本身的推力进行调节， 有时候需要从60%调节到 110%，调节范围比较大。

第四个难点，推进剂的管理难度大。它降落的时候，实际上是“半桶水”或者更少，这里有一个控制的问题。

第五个难点，着陆时的缓冲问题。猎鹰火箭的缓冲装置起的作用有三个： 第一是防止倾倒，第二是缓冲着陆，第三还要忍受发动机喷射的高温。

总的来说， 火箭的回收确实是挺难的一件事，它也有缺点，其中很大的一个缺点就是火箭子级回收的时候， 它的运载能力损失较大。实际上，各国科学家都在想一些其他的回收方式， 我想不久的将来也许可以看到更多样的成果。

去年，SpaceX还提出了星际运输系统，用来进行火星探测。 该公司最大的火箭叫BFR，号称重复使用次数将达到 次。届时，它可能就像飞机一样，能反复地使用。

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