陸首創「網系捕獲」回收火箭!成史上第2個掌握此類技術的國家
中國大陸的「長征十號乙」運載火箭昨(10日)在海南商業航太發射場發射升空,將衛星順利送入預定軌道。火箭一二級分離後,一級垂直返回,在海上回收平台通過「網系捕獲」方式回收,發射及一級回收任務取得圓滿成功,中國也因此成為史上第2個成功完成軌道級火箭助推器回收的國家。
據《南華早報》援引《新華社》報導,此次任務是中國首次成功實施運載火箭一級可控回收,「標誌著我國重複使用火箭技術取得重大突破。」
而且不同於全球首富馬斯克(Elon Musk)旗下「太空探索技術公司」(SpaceX)所開創的回收方式,中國此次首度採用獨特的「海上攔網回收系統」,提供更具彈性的回收方式。
隨著全球登月競賽日益激烈,北京也持續強化商業航太產業發展,而這款中國火箭則提供了另一條可重複使用的太空飛行技術路線。
根據《新華社》報導,這枚高63公尺、直徑5公尺的中型運載火箭,於10日中午12時15分自中國南部文昌太空發射場升空,並將搭載的衛星成功送入預定軌道。
《新華社》稱,在火箭一二級分離約6分鐘後,一級火箭以垂直方式返回,並由「領航者」網系回收平台成功接住。《央視》則表示,此次首飛驗證了一級火箭可重複使用的設計,預期將有助於降低發射成本。
「中國航天科技集團」結構系統專家姜周10日接受《中國航天報》採訪時表示:「可重複使用火箭是未來實現大規模、自由進入太空的重要途徑,也符合太空發射朝向更低成本、更高頻率發展的趨勢。」
這款兩級式長征十號乙的一級採用7具YF-100K引擎,以煤油與液態氧作為推進劑,最多可將16公噸酬載送入近地軌道,主要設計用途為貨運任務。
火箭研製單位「中國運載火箭技術研究院」總體設計師陳牧野接受《新華社》訪問時則表示,長征十號乙主要鎖定中國商業市場,可用於部署衛星網際網路星座及大型商業衛星。
今年2月,中國曾利用同系列另一款型號「長征十號甲」的一級火箭,成功完成「夢舟載人登月飛船」的飛行中逃逸測試。測試箭體完成受控下降,並落入回收船附近海域,也提高了外界對此次飛行成功的期待。
此次任務也是中國首次正式挑戰可重複使用火箭回收技術,此舉被視為降低成本、提高發射能力以及提升中國航太產業國際競爭力的重要一步。
去年12月,中國另外2款火箭曾嘗試採用與SpaceX相似的柵格翼(grid fins)加著陸腿(landing legs)垂直回收方式,但均以失敗告終。其中,由「藍箭航太」研製、採用甲烷與液態氧推進的民營火箭「朱雀三號」,其一級火箭墜毀於預定回收區附近。
另1款由國有企業研製的「長征十二號甲」,則因引擎未能重新點火執行最後減速程序,導致一級火箭於空中墜毀。
而這次不同於SpaceX的「獵鷹9號」(Falcon 9)依靠自身著陸腿降落的方式,長征十號乙採用了海上攔網與纜索回收系統。在重新進入大氣層期間,一級火箭先利用引擎及空氣動力控制面降低速度,再下降至回收系統。在最後著陸階段,攔網與纜索裝置會吸收火箭剩餘動能,進一步降低速度,以完成軟著陸。
陳牧野解釋:「攔網回收方式可簡化火箭結構、降低重量、提升運載能力,同時對落點偏差具有很強的適應能力,也能透過攔網系統的協同作用,『放大』回收捕獲窗口。」
中國航天科技集團總工程師朱平平向《中國航天報》表示,火箭重返大氣層的過程被稱為「地獄之門」,因為引擎若未能在正確時機啟動或關閉,就可能導致整個回收失敗。
中國航天科技集團專家也向《中國航天報》指出,整個回收過程必須兼顧回收與酬載能力,同時完成對移動目標的導航與鎖定,並透過數千個感測器進行即時飛行監控。
利用攔網或纜索捕捉太空飛行器的概念可追溯至冷戰時期,當時美軍利用空中攔截方式回收日冕(Corona)偵察衛星拍攝完成後拋投的底片艙。
近年來,包括SpaceX與「火箭實驗室」(Rocket Lab)等企業,也曾測試利用攔網或直升機捕捉返回中的火箭部件,但因海上強風等作業挑戰,最終大多放棄這些方案。
據悉,在去年4月美中經濟暨安全檢討委員會(USCC)舉行的1場聽證會上,美國太空軍(USSF)太空作戰部長薩爾茲曼上將(General B. Chance Saltzman)曾表示,美國目前仍是全球發射能力領先者,但也警告競爭對手可能迅速縮小差距,「一旦其他國家開始具備並運用可重複使用技術,他們就會開始迎頭趕上,並能以不同方式、更具韌性的模式利用太空執行各種任務。」
他接著指出:「短期內,中國對可重複使用運載火箭以及軌道加注燃料的投資,代表進入太空的能力正迎來一個重要轉折點,未來可能導致中國在這個領域超越美國的領導地位。」
報導補充,作為長征十號乙系列首次軌道飛行測試,10日的任務主要目的是驗證未來更強大的載人登月型長征十號所需的關鍵技術。該型火箭升空時將使用21具YF-100K引擎,目標是在2030年前將中國太空人及登月著陸器送往月球。
美國國家航空暨太空總署(NASA)同樣計畫於2028年前再次將美國太空人送上月球,這將是自1972年阿波羅計畫(Apollo Program)結束以來首次重返月球。
中國社群媒體Threads上的討論顯示,第2枚朱雀三號火箭可能將於未來數週再次挑戰垂直回收,而完整構型的長征十號甲也預計於今年稍後進行飛行。《央視》也指出,今年稍後還將利用此次成功回收的長征十號乙可重複使用助推器,再次進行測試飛行。