火箭这么贵，回收行不行？

向锋范

火箭对现代人来说并不陌生，并且它的存在也与我们的生活息息相关：通信卫星、气象卫星、导航卫星等通通需要火箭将它们送上天;进行太空探索任务的航天飞船也离不开火箭;有些火箭还承担着保卫国家领空的作用。

火箭作用这么大，我们已经完全离不开了，但是箭身、发动机和内部的精细装置等导致火箭的造价高达数亿元，而每次使用后火箭要么爆炸解体要么坠地身亡，天价制造费都打了水漂。那么火箭能不能回收利用呢？

方案一：装上降落伞

飞机起飞前，空乘们一定会做这样一件事：告诉乘客降落伞的收纳位置和使用方式，因为这是飞机即将坠毁时乘客们唯一的保命神器。降落伞能极快地减小降落速度，从而减小坠落到地面时的动能，让人们不会摔死。那么，给高速坠落的火箭装上一顶巨大降落伞，火箭会不会也能平稳降落，而不是坠毁呢？

其实，给降落的庞然大物装上降落伞并不新鲜，早在20世纪50年代，苏联就曾经用降落伞降落的方式成功回收了小型气象火箭MR-1。还有我国的神舟系列载人航天飞船的返回舱，在距地面10千米左右时，就会打开多个足球场大小的降落伞，使返回舱的速度缓缓减小，实现软着陆。因此，给火箭装降落伞是回收火箭的首选方案。

不过，让火箭自己“打开降落伞”目前还是有点勉强，第一个难点是火箭太大了。与发射大型飞船的运载火箭相比，前苏联成功回收的MR-1就是一个“小矮人”，比如美国SpaceX公司研制的猎鹰9号火箭，仅仅是第一级箭身，高度就超过40米，不包含燃料的空壳火箭的重量都超过20吨。目前最成功的超音速降落伞最大也只能承载3吨左右的载荷，对于猎鹰9号这样的大块头，降落伞根本拉不住，速度降不下来。

第二个难点是降落地点很难控制，毕竟火箭上根本没有人，什么时候打开降落伞，火箭最终降落在什么位置都是未知数。以液氧和液氢等液体燃料作为能源的液体火箭目前仍然是各国使用最多的火箭。液体火箭的箭身内部工艺很复杂，这种火箭如果降落在了海上，进水后就报废了，即使回收了，修理费用也非常高昂。

出于以上种种考虑，美国太空发射联盟公司提出了一个叫做“聪明回收”的回收火箭方案：第一级火箭燃料烧完后，将箭身与发动机分离。发动机开启减速装置，减至亚音速后再打开降落伞，飞行员驾驶一辆直升机在空中挂住降落伞，防止发动机掉入海中。这样，就可以在空中成功回收较轻而且造价也较高的发动机了。

2020年3月，中国率先用上了与“聪明回收”类似的方法。中国用长征三号乙运载火箭成功发射第54颗北斗导航卫星，之后用伞降技术成功回收了火箭助推器。火箭的助推器上安装了多个降落伞，在坠落过程中，研制人员需要找到一个准确的开伞时机，让降落伞最高效地发挥作用。为了准确地抓住这个时机，研制人员在助推器上安装了一套测量装置，能够实时监测到助推器的位置和姿态。开伞后，助推器的降落速度和降落范围都大大缩小了，研制人员在残骸坠落后能迅速找到落点位置，并回收助推器和剩余燃料。

方案二：反向“开”回来

你有没有玩过回力镖？它是一个“V”形的木棒，最初是澳大利亚原住民的狩猎工具，现在成为了孩子们的玩具。如果你能顺着风向，用适当的力道和角度抛出，回力镖在飞到尽头后会掉个头原路飞回来，而不是在重力的作用下竖直下落。这是因为回力镖“V”字的两端受到的空气摩擦力不平衡，在抵消掉重力的影响后，多出来的摩擦力就会迫使回力镖掉头了。我们回收火箭不也想要这样的结果吗？火箭不会在重力的影响下坠毁，而是平稳地落地，回力镖的原理能不能用到火箭上呢？

火箭打开降落伞

俄罗斯的带翼火箭

2018年，美国SpaceX公司成功用相似的方法回收了“大块头”猎鹰9号火箭。当火箭的第一级将目标送达预先设定的高度时，燃料用尽，第一级与火箭其他部件分离，此时第一级在惯性作用下继续前进一小段距离后就该竖直下落，然后在大气层中烧毁或坠毁在地表，但猎鹰是个例外。

在高空中向上发射时，猎鹰原本是头朝上、脚朝下的状态，坠落时方向掉转，猎鹰将或倾斜或竖直地头朝下栽倒。科研团队在箭体上安装了一个高压氮气喷射装置，在氮气的推力作用下，猎鹰在空中完成了一次华丽的掉头，原本应朝向地面的头部转而朝上，变成了沿着回收轨迹头上脚下的姿态。

掉头只是开始，其实科学家们真正的目的是给火箭一个向上的升力，从而平衡火箭受到的向下的重力，让火箭在坠落时能慢下来。为了达到这个目的，在完成转身动作后，科学家将再次点燃火箭，这样飞速坠落的火箭就获得了一个上升的动力，下降的速度将快速减小。

在猎鹰第一级火箭的整个下落过程中，它将三次点火，火焰每次燃烧时间只有半分钟左右，这是因为下坠时尾部将遭遇迎面而来的超音速氣流，这些气流可以扑灭火焰或者将火焰吹向火箭前端，让火箭“引火烧身”。因此，少量多次地点火，并在有限的时间里运用升力减速和调整方向也是这种回收技术的重难点。

但是，还有一个问题，火箭在刚开始下落时几乎是“平躺着”，而在下落的过程中则会受到方向、强度各不相同的空气阻力的影响，最终可能倾斜着砸到地面上，火箭箭身会损坏，甚至可能会发生爆炸。因此，需要“扶正”火箭，让它能尽可能竖直地落到地面上，这时候，栅格舵就发挥了作用。

栅格舵顾名思义，就是一片由许多个栅格组成的“船舵”，它平时平贴在火箭的中后部，需要时会展开并与箭身垂直，火箭上通常会配置四片栅格舵。小鸟飞行时，风在翅膀上的不同位置施加的推力是不同的，推力的差别可以控制小鸟的行进方向。栅格舵正是模仿了小鸟的翅膀，通过改变舵面大小、栅格数量和厚度等改变风力作用在舵面上所产生的不同大小和方向的推力，从而调整箭身的前进方向、降落位置和落地姿势。

除了猎鹰火箭，美国蓝色起源公司的新谢泼德火箭也采用了这个方法进行回收。因为这款火箭飞行高度低，比猎鹰火箭更加“矮小”的缘故，它早在2016年就成功实现了回收，并且多次重复使用，在2019年底实现了第四次发射和回收。因此可以说，“掉头飞回”的火箭回收方法已经越来越成熟了。

此外，俄罗斯的带翼火箭回收技术也在研发中。他们设计了带展开翼的助推器，长长的机翼可以收起和展开，展开翼的功能与栅格舵类似，同样可以调节受力和前进方向，同时也起到提供升力的作用。如果这个设想能实现的话，未来火箭也许会像飞机一样“飞”回来。

火箭回收是一项非常复杂的技术，它同样代表着各国航天水平的高低，希望我国也能早日实现火箭回收复用。