火箭回收暢想：八仙過海各顯神通

近日，美國火箭實驗室公司透露，由于直升機空中抓取回收火箭屢次失敗，正考慮更換方案，從海上回收濺落的火箭子級，以便翻新復用。這意味著，越來越熱門的火箭回收業務又迎來了“換賽道”。那么，航天界現有的幾種火箭回收方式各自有何優劣？未來人們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）

傳統回收模式有挑戰

(相關資料圖)

盡管越來越多的航天器頻繁飛入太空，科研人員卻在一個方面永不滿足：如何更安全、更經濟地幫助航天器“掙脫地球母親的懷抱”？換成專業說法，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。

從火箭回收運作的現狀來看，美國SpaceX公司的獵鷹系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火箭第一級已重復完成了15次發射任務。

不過，這種火箭回收方法也免不了付出代價，那就是火箭第一級有必要預留至少1/3的燃料儲備，以便及時進行二次點火減速。也就是說，火箭為了實現重復使用，不得不損失運載能力。此外，為確保火箭第一級以垂直豎立姿勢平穩降落，緩沖腿是必不可少的，只有中大型火箭能夠“容忍”這種重量、空間代價，無形中限制了適用范圍。

于是，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、可靠性都面臨著苛刻要求，為保障“約會時機”，實現準確的數據傳輸控制也有不小的難度。

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，由于火箭子級返回大氣層時遙測數據丟失，一直待命的直升機無法及時定位，遺憾地錯過了“約會”。

此外，各國還測試了多重傘降、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。至于回收海上濺落的火箭子級，對于材料、時機等要求無疑更加苛刻。

路線五花八門求“通關”

正因為火箭回收成功不易，一旦航天人掌握某種成熟方案，就有望獲得豐厚的回報。于是，從航天愛好者到資深科學家，不斷提出一系列令人眼花繚亂的火箭回收新方案，多條路線齊頭并進，努力找到水平更高、效益更大的“通關秘籍”。

近年來，多國航天人提出了繩網吊掛回收火箭的設想，引發了不小的關注。各國方案的共同點是搭建矩形回收平臺，四角由高聳的塔柱穩定，連接起眾多纜索，多層布置，每層呈現“井”字形，構成受力復雜的強韌大網。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，并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，直至火箭子級停止下墜，安全回收。

為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制成的夾具，可以使火箭相對輕微地側向受力，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，還能省掉緩沖腿等部件，有望顯著提升運載能力，又能大幅降低火箭保持姿態的控制難度。但是，為了及時“截停”火箭子級，纜索材料與全系統機構在強度和精度上都會面臨毫不輕松的考驗。另外，火箭子級拋離的精確控制、天氣條件等恐怕都會影響其“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公里的大坑，在里面大量填充緩沖材料,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，只要墜落點在天坑的范圍內，數十米厚的緩沖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戲，但可以降低火箭子級返回途中付出的物質代價和技術難度，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，緩沖材料的狀態如何？怎樣及時維護保障？恐怕提議者心里也沒底。

其實，在眾多的火箭回收奇思妙想中，有一個方案雖然僅停留在概念階段，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。

眾所周知，火箭子級的拋離點往往是在數萬米的高空，具備巨大的勢能。隨著火箭子級進行自由落體運動，勢能又轉化為巨大的動能，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，有望使火箭子級從自由落體狀態很快改為水平飛行狀態，好像從高空俯沖的滑翔機，只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化，材料、工藝和無人智能駕駛技術達到更高的水平，那么火箭子級自主搜尋、定位并飛回發射基地，平穩地降落到跑道上，完成從航天器到航空器的“華麗變身”，絕非癡人說夢。 （作者：孫飛）

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