2025年12月,中國航天界上演了兩場牽動人心的發射,民營隊藍箭航天的朱雀三號、國家隊的長征十二號甲相繼升空,均精準將載荷送入預定軌道,堪稱太空快遞送貨滿分。
可令人哭笑不得的是,這兩位快遞員返程時都栽在了最后一腳剎車上,回收任務雙雙失利。
一邊是民營企業千余人四年心血,一邊是國家隊打磨多年的新機型,為何都卡在了回家路上?
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不同于以往公開的發射失利,這兩次火箭回收失敗,均發生在最關鍵的著陸階段,且事發地點均位于我國西部戈壁的火箭回收試驗場。
從現場傳回的畫面來看,兩次失敗的共性的是,火箭均成功完成了發射、入軌、分離等前期環節,甚至順利實現了超音速再入返回,距離成功著陸僅一步之遙。
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第一次失敗時,火箭一子級在降至距離地面約40米處,突然出現姿態失控,箭體快速傾斜,隨后重重砸向地面,引發劇烈爆炸,現場燃起滾滾濃煙,最終火箭殘骸被完全損毀,無人員傷亡。
時隔不到半個月,第二次回收試驗再度啟動,科研團隊針對首次失敗的問題進行了針對性優化,全程監控數據均顯示正常。
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可就在火箭即將觸地的瞬間,發動機突然出現點火異常,推力瞬間下降,無法提供足夠的緩沖力,火箭以遠超安全范圍的速度墜落,再次宣告失敗。
有航天迷留言感慨:“看一次揪心一次,前期那么順利,偏偏在最后幾十米掉鏈子,那種差一點就成功的遺憾,真的太好哭了”。確實,火箭回收本就是世界級難題,哪怕是行業標桿SpaceX,也曾經歷過多次失敗才實現突破。
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其實,火箭回收的難度,遠比我們想象的要大,甚至被業內稱為“在百米高空走鋼絲”,差一毫厘就可能滿盤皆輸。
簡單來說,火箭回收就相當于把一支鉛筆拋到幾十公里的高空,讓它以數倍音速飛行,然后要求它精準、垂直地落在地面上的一個小區域內,全程不能有絲毫偏差。這個過程中,只要有一個環節出現問題,就會導致失敗。
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要知道,傳統火箭都是“一次性用品”,發射完成后,各級箭體都會直接拋棄在大氣層或海洋中,無需考慮回收問題。
而可回收火箭,需要在完成發射任務后,重新控制箭體返回地球,還要保證箭體結構完好,以便后續檢修后再次使用,這就給設計和控制帶來了雙重考驗。
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結合兩次回收失敗的細節的和業內分析,發動機推力調節技術,正是目前中國航天面臨的核心瓶頸之一,也是這兩次失敗的主要誘因之一。
火箭回收的最后階段,需要發動機精準點火,提供恰到好處的推力,讓火箭從每秒數十米的高速,平穩減速至接近零速著陸,相當于一場“毫秒級的急剎車”。
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目前,我國可回收火箭采用的液氧甲烷發動機,需要在著陸前將推力從75%-100%精準調節至20%以下,這種深度節流調節,對發動機的穩定性要求極高。極端低壓環境下,燃料混合不均容易導致燃燒不穩定,進而引發推力波動。
第二次回收失敗,就是因為發動機在最后點火時,出現了節流失效的問題,推力無法按照預設要求降低,也無法快速響應姿態調整的需求,最終導致火箭墜落。而這種技術,目前全球只有少數幾家企業能夠熟練掌握,SpaceX的獵鷹9號,也是經過多次試驗,才攻克了這一難題。
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火箭回收的全過程,都需要精準的姿態控制和導航制導,就像給火箭裝一個“智能大腦”,實時調整箭體的飛行姿態和飛行軌跡,確保能夠精準著陸在預定區域。而這,也是我國目前尚未完全突破的另一項核心技術。
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火箭再入返回時,速度極快,達到數倍音速,此時箭體的姿態調整需要毫秒級的響應速度,稍有延遲就會失控。我國目前采用的柵格翼+冷氣控制系統,雖然能夠實現姿態控制,但在應對高空風場突變時,仍有不足。
第一次回收失敗時,現場監測到有突發側風,擾動角度達到3.2°,超出了控制系統的預設容錯范圍,導致柵格翼制導偏移,箭體無法及時調整姿態,最終傾斜墜毀。這種突發環境擾動,地面試驗很難完全復刻,只能在實際試驗中不斷積累數據、優化算法。
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導航制導的精度也同樣關鍵。火箭回收需要精準定位著陸點,誤差不能超過幾米,這就要求導航系統能夠實時獲取箭體的位置、速度、姿態等數據,并且快速傳輸給控制系統,形成調整指令。
目前,我國在這一領域的精度,相較于SpaceX仍有差距,偶爾會出現數據傳輸延遲、定位偏差的問題。
有業內人士透露,我國目前的制導算法,多依賴預設參數,無法實時適配風場、姿態突變等突發情況,導致在極端條件下,控制指令與發動機實際工況出現毫秒級錯位,進而引發失敗。
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除了發動機和控制系統,燃料管理與箭體結構設計,也是制約我國可回收火箭發展的重要因素,這兩個領域的技術難題,同樣難以攻克,需要在矛盾中尋找平衡。
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火箭回收過程中,箭體攜帶的推進劑已經所剩無幾,基本處于“半桶水”的狀態,在微重力環境下,燃料無法穩定沉底,管路中容易殘留氣泡,再加上高溫導致的管路變形,很容易出現燃料輸送中斷的情況,導致發動機點火失敗。
兩次回收失敗中,均監測到燃料管路壓力異常的情況,雖然科研團隊已經針對性優化了燃料輸送系統,但在極端環境下,仍無法完全避免這一問題。要知道,燃料輸送一旦中斷,發動機就會立即熄火,火箭失去動力,必然會墜落墜毀。
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其次是箭體結構設計的兩難。火箭需要足夠的結構強度,來承受再入大氣層時的高溫炙烤和著陸時的沖擊,這就需要采用更厚、更耐高溫的材料;另一方面,火箭又需要盡可能輕量化,來節省燃料、提升運力,材料太厚會增加箭體重量,影響回收效率和重復使用的經濟性。
目前,我國試驗用火箭采用的不銹鋼箭體,雖然能夠承受高溫,但重量比預期高出不少,導致運力冗余下降,著陸時的沖擊也更大,更容易損毀著陸支腿。
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兩次回收失敗,是不是意味著中國航天在火箭回收領域,和世界先進水平的差距很大?
其實不然,大家完全不用過度焦慮,航天探索本就是一個不斷試錯、不斷突破的過程,失敗并不可怕,關鍵是要從失敗中積累經驗、找到問題。
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雖然兩次回收失敗,但我們不能忽略,科研團隊已經實現了多項重要突破。比如,兩次試驗中,火箭都成功完成了超音速再入返回,落點偏差僅1.7米,這足以證明我國的柵格翼+冷氣控制系統,在正常環境下的可靠性,也為后續的技術優化奠定了基礎。
更重要的是,兩次失敗積累了大量珍貴的真實環境數據,僅第二次失敗,就獲取了超過800GB的故障數據,尤其是火箭墜毀前數百毫秒的參數,首次揭露了地面試驗無法模擬的力熱耦合效應,這些數據,將直接推動發動機噴口型面、制導算法的優化升級。
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要知道,SpaceX的獵鷹9號,在實現首次成功回收前,也曾經歷過4次失敗,甚至出現過火箭在空中爆炸、著陸時傾倒等嚴重情況。
中國航天起步較晚,能夠在短時間內實現多次回收試驗,甚至接近成功,已經是非常了不起的成就。
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中國航天的發展,從來都不是一帆風順的,從東方紅一號升空,到神舟飛船載人飛行,從嫦娥探月,到天問探火,每一項成就的背后,都伴隨著無數次的失敗和挫折。
航天人從來不怕失敗,他們只會越挫越勇,把每一次失敗,都變成前進的階梯。
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就像有科研人員所說:“戈壁灘上的每一聲炸響,都不是終點,而是下一次穩穩站立的起點”。
兩次回收失敗,雖然讓人遺憾,但也讓我們找到了差距和問題,只要針對性優化、持續攻關,相信用不了多久,中國航天就能攻克火箭回收的核心技術,實現可回收火箭的穩定落地。
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