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科技 | 朱雀三号成功回收,解密火箭回收背后的硬核原理

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发布时间:2026-08-19 来源:中科院物理所 新华社 北京晚报

2026年8月19日,朱雀三号遥二运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空,火箭一子级按预定程序成功完成陆地回收,飞行任务取得圆满成功。

此次任务是我国首次成功实施重复使用运载火箭一子级着陆腿方式回收,标志着我国重复使用火箭技术取得重大突破。

重复使用火箭助力低轨星座组网

朱雀三号运载火箭是由国家航天局批复立项的新一代低成本、大运力、高频次、重复使用液氧甲烷运载火箭型号。此型火箭采用单芯级两级串联构型,全箭长66.1米,一二子级箭体直径4.5米,整流罩直径5.2米。

型号研制负责人介绍,箭体主结构采用不锈钢材料,以“燃箱在上、氧箱在下”的总体布局优化飞行质心。

火箭一子级配备九台天鹊-12A液氧甲烷发动机,动力系统可在40%至110%的推力范围间调节,可在完成轨道发射后实施垂直回收与再利用。

2026年4月,中国部署加强新一代通信网等“六张网”规划建设。

站在“十五五”开局之年,以卫星互联网为代表的太空新质生产力、以重复使用火箭为代表的太空新质“运力”是实现空天地海一体、通感算智融合的重要“底座”。

业界专家认为,朱雀三号“液氧甲烷推进剂+不锈钢箭体+垂直回收”技术路线的成功验证,有望助力我国低轨星座加速组网。

不仅“上得去”更要“回得来、落得准”

重复使用火箭的难点,不仅在于“上得去”,更在于“回得来、落得准”。

简化着陆动力方案,减少点火发动机数量,降低系统复杂度;升级安全控制策略,新增预示落点安控功能,提升回收安全性;提升二级发动机喷管扩张比,有效释放运载潜力……朱雀三号在此次任务中实现多项技术突破。

在卫星分离方面,火箭试验自研堆叠压紧释放装置,探索双保险设计保障多星分离可靠性。

从2023年8月朱雀三号立项,到2026年8月实现二子级成功入轨、一子级成功回收,世界的目光见证商业航天嫩芽破土、创新求索的“中国速度”。

火箭回收技术的主要技术路线

火箭回收的对象主要是一子级助推段。一子级占据火箭总成本约60%,包含多台昂贵液体发动机,回收复用可以极大摊薄单次发射成本。经过数十年探索,全球主要形成伞降回收、带翼水平回收、垂直起降回收三大类路线,垂直起降是当前工程主流,又分化出着陆腿式、海上网系捕获、机械臂捕获等不同实施方案。

第一类是伞降回收。顾名思义,其原理是用大型降落伞给火箭的回收部分减速,溅落到海面或者地面,最后依靠浮囊缓冲来回收火箭箭体。但该方案存在明显短板:海水腐蚀箭体部件,翻新维护周期长;落点控制精度差,很难精准回到指定场坪,只适合助推器,难以用于大型液体芯级,已经逐步退出主流赛道。

第二类是带翼水平回收。带翼的意思是给火箭子级加装机翼与起落架,分离之后像飞机一样滑翔,水平跑道降落。曾经的航天飞机助推方案就是此类。缺点是机翼带来巨大死重,严重损耗运载能力,整套系统复杂,维护成本居高不下,工程化落地难度很高,目前尚未实现大型轨道级火箭的商用复用。

第三类就是垂直起降回收。这是当前全球可复用火箭的主流路径。火箭一子级分离后,不依靠机翼、不主要依靠降落伞,依靠自身发动机多次点火反推减速,配合气动舵面完成姿态控制,垂直回到回收点。在这条总路线之下,又演化出三种不同落地模式:着陆腿垂直软着陆、中国海上网系捕获回收、机械臂空中夹持回收(俗称“筷子回收”)。

着陆腿式垂直回收:SpaceX猎鹰9号与朱雀三号选择的成熟路线

着陆腿回收是目前商业化验证最充分的方案,代表型号为SpaceX猎鹰9号,以及本次成功的朱雀三号。猎鹰9号自2015年首次陆地回收成功,至今累计回收超过500次,单枚一子级最高复用31次,证明该路线的可行性。

整套回收流程可以拆解为五个关键阶段:

1.级间分离与滑行调姿。火箭为了飞得更快更高,我们知道它分了好多段,这就是火箭的分级。火箭飞到80‑100km高度完成一二级分离,二子级继续奔赴轨道;一子级此时仍然向上惯性飞行,需要通过高压喷口(冷气姿控系统)完成姿态调转,将箭体尾部朝向地面,为后续发动机再入点火做好准备。由于此时几乎没有空气,只能依靠高压喷口喷气调整姿态,不能依靠气动舵面(栅格舵/机翼)。

2.再入点火减速。火箭一子级滑行下降到60km左右高度,发动机进行第一次大规模再入点火,也就是俗称的“刹车点火”。这一步是生死关口,需要克服高空低温完成发动机预冷、推进剂沉底管理,重新点燃发动机。火箭一子级高空滑行时处于失重状态,燃料箱里的液体燃料不会乖乖待在箱底,会变成一团团液珠到处飘来飘去。发动机的进油口在燃料箱最底部,如果管口吸进气泡、吸不到液体,发动机会直接故障甚至损毁。所以点火之前,要先用小喷口轻轻往前 “踹一脚” 火箭,制造一个微弱的惯性,把四处漂浮的液体燃料压到燃料箱底部,让进油口完全泡在液体里,保证发动机能吸到纯液体燃料。这一步的点火时机、推力大小容错窗口极小,点火太早消耗过多燃料,点火过晚箭体结构承受超出极限的热流与动压,直接解体。

3.跨音速气动减速。高度继续下降,进入稠密大气层,箭体四周的栅格舵全部展开。栅格舵是折叠式的网格状舵面,在高超音速、跨音速环境下提供强大的姿态控制力,实时修正横向落点偏差,抵消高空侧风扰动。火箭返回过程要经历跨音速区间,动压峰值可达上百千帕,箭体底部承受剧烈烧蚀,栅格舵‑姿控‑发动机三者联合闭环控制,保证箭体不会翻滚失控。朱雀三号遥二任务中就完整验证了栅格舵、冷气姿控、发动机联合制导控制能力。

4.着陆点火,速度收敛。下降到几千米高度,再次启动发动机,进一步降低下落速度。发动机需要具备深度变推力能力。一次性火箭发动机,点火基本就是满功率全力输出,没有 “踩小油门” 的需求。可回收火箭不一样,火箭起飞时几百吨重,要发动机全力猛推;等一子级返回地面,燃料已经消耗大半,箭体只剩一百多吨;到离地面几百米时,箭体已经很轻,如果发动机还输出巨大推力,不但刹不住,甚至会把火箭重新 “吹上天”,根本没法稳稳落地。深度变推力,就是发动机可以在很大区间调节出力。既能满功率全力起飞,又能把推力压到额定推力的40% 甚至更低,输出柔和的小推力,精准控制下降速度。例如猎鹰9号梅林发动机推力可在40%‑100%区间调节,朱雀三号天鹊‑12A同样支持大范围推力节流。火箭从数百米每秒不断减速,到距离地面几十米的悬停点,将垂直下落速度压低至1‑2m/s,相当于雨滴落地的速度量级。

5.支腿展开进行软着陆。临近地面,4条大型液压着陆腿展开锁死,缓冲机构吸收剩余冲击能量,箭体直立稳定站立在陆地场坪或者海上平台。着陆腿属于沉重结构,会带来死重损耗,一般会消耗23%‑40%的运力;但这套方案技术成熟,回收后检测维护流程清晰,适合高频次商业发射任务。

火箭重复使用次数越多发射成本越低

“一般情况下,液氧甲烷燃料费用占发射成本的1%至3%,火箭一子级成本占全箭成本的约70%。火箭重复使用次数越多,发射成本越低。”型号研制负责人说。

据介绍,蓝箭航天计划尽快实施回收箭体的复用任务,加快构建“发射-回收-检测-复用”闭环体系,为后续高频次、低成本商业化运营奠定基础。

下一步,国家航天局将持续推进中国重复使用运载火箭工程化应用,切实提升我国大运力、低成本、高频次进入空间能力。

编辑:孙晨
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发布时间:2026-08-19 来源:中科院物理所 新华社 北京晚报

2026年8月19日,朱雀三号遥二运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空,火箭一子级按预定程序成功完成陆地回收,飞行任务取得圆满成功。

此次任务是我国首次成功实施重复使用运载火箭一子级着陆腿方式回收,标志着我国重复使用火箭技术取得重大突破。

重复使用火箭助力低轨星座组网

朱雀三号运载火箭是由国家航天局批复立项的新一代低成本、大运力、高频次、重复使用液氧甲烷运载火箭型号。此型火箭采用单芯级两级串联构型,全箭长66.1米,一二子级箭体直径4.5米,整流罩直径5.2米。

型号研制负责人介绍,箭体主结构采用不锈钢材料,以“燃箱在上、氧箱在下”的总体布局优化飞行质心。

火箭一子级配备九台天鹊-12A液氧甲烷发动机,动力系统可在40%至110%的推力范围间调节,可在完成轨道发射后实施垂直回收与再利用。

2026年4月,中国部署加强新一代通信网等“六张网”规划建设。

站在“十五五”开局之年,以卫星互联网为代表的太空新质生产力、以重复使用火箭为代表的太空新质“运力”是实现空天地海一体、通感算智融合的重要“底座”。

业界专家认为,朱雀三号“液氧甲烷推进剂+不锈钢箭体+垂直回收”技术路线的成功验证,有望助力我国低轨星座加速组网。

不仅“上得去”更要“回得来、落得准”

重复使用火箭的难点,不仅在于“上得去”,更在于“回得来、落得准”。

简化着陆动力方案,减少点火发动机数量,降低系统复杂度;升级安全控制策略,新增预示落点安控功能,提升回收安全性;提升二级发动机喷管扩张比,有效释放运载潜力……朱雀三号在此次任务中实现多项技术突破。

在卫星分离方面,火箭试验自研堆叠压紧释放装置,探索双保险设计保障多星分离可靠性。

从2023年8月朱雀三号立项,到2026年8月实现二子级成功入轨、一子级成功回收,世界的目光见证商业航天嫩芽破土、创新求索的“中国速度”。

火箭回收技术的主要技术路线

火箭回收的对象主要是一子级助推段。一子级占据火箭总成本约60%,包含多台昂贵液体发动机,回收复用可以极大摊薄单次发射成本。经过数十年探索,全球主要形成伞降回收、带翼水平回收、垂直起降回收三大类路线,垂直起降是当前工程主流,又分化出着陆腿式、海上网系捕获、机械臂捕获等不同实施方案。

第一类是伞降回收。顾名思义,其原理是用大型降落伞给火箭的回收部分减速,溅落到海面或者地面,最后依靠浮囊缓冲来回收火箭箭体。但该方案存在明显短板:海水腐蚀箭体部件,翻新维护周期长;落点控制精度差,很难精准回到指定场坪,只适合助推器,难以用于大型液体芯级,已经逐步退出主流赛道。

第二类是带翼水平回收。带翼的意思是给火箭子级加装机翼与起落架,分离之后像飞机一样滑翔,水平跑道降落。曾经的航天飞机助推方案就是此类。缺点是机翼带来巨大死重,严重损耗运载能力,整套系统复杂,维护成本居高不下,工程化落地难度很高,目前尚未实现大型轨道级火箭的商用复用。

第三类就是垂直起降回收。这是当前全球可复用火箭的主流路径。火箭一子级分离后,不依靠机翼、不主要依靠降落伞,依靠自身发动机多次点火反推减速,配合气动舵面完成姿态控制,垂直回到回收点。在这条总路线之下,又演化出三种不同落地模式:着陆腿垂直软着陆、中国海上网系捕获回收、机械臂空中夹持回收(俗称“筷子回收”)。

着陆腿式垂直回收:SpaceX猎鹰9号与朱雀三号选择的成熟路线

着陆腿回收是目前商业化验证最充分的方案,代表型号为SpaceX猎鹰9号,以及本次成功的朱雀三号。猎鹰9号自2015年首次陆地回收成功,至今累计回收超过500次,单枚一子级最高复用31次,证明该路线的可行性。

整套回收流程可以拆解为五个关键阶段:

1.级间分离与滑行调姿。火箭为了飞得更快更高,我们知道它分了好多段,这就是火箭的分级。火箭飞到80‑100km高度完成一二级分离,二子级继续奔赴轨道;一子级此时仍然向上惯性飞行,需要通过高压喷口(冷气姿控系统)完成姿态调转,将箭体尾部朝向地面,为后续发动机再入点火做好准备。由于此时几乎没有空气,只能依靠高压喷口喷气调整姿态,不能依靠气动舵面(栅格舵/机翼)。

2.再入点火减速。火箭一子级滑行下降到60km左右高度,发动机进行第一次大规模再入点火,也就是俗称的“刹车点火”。这一步是生死关口,需要克服高空低温完成发动机预冷、推进剂沉底管理,重新点燃发动机。火箭一子级高空滑行时处于失重状态,燃料箱里的液体燃料不会乖乖待在箱底,会变成一团团液珠到处飘来飘去。发动机的进油口在燃料箱最底部,如果管口吸进气泡、吸不到液体,发动机会直接故障甚至损毁。所以点火之前,要先用小喷口轻轻往前 “踹一脚” 火箭,制造一个微弱的惯性,把四处漂浮的液体燃料压到燃料箱底部,让进油口完全泡在液体里,保证发动机能吸到纯液体燃料。这一步的点火时机、推力大小容错窗口极小,点火太早消耗过多燃料,点火过晚箭体结构承受超出极限的热流与动压,直接解体。

3.跨音速气动减速。高度继续下降,进入稠密大气层,箭体四周的栅格舵全部展开。栅格舵是折叠式的网格状舵面,在高超音速、跨音速环境下提供强大的姿态控制力,实时修正横向落点偏差,抵消高空侧风扰动。火箭返回过程要经历跨音速区间,动压峰值可达上百千帕,箭体底部承受剧烈烧蚀,栅格舵‑姿控‑发动机三者联合闭环控制,保证箭体不会翻滚失控。朱雀三号遥二任务中就完整验证了栅格舵、冷气姿控、发动机联合制导控制能力。

4.着陆点火,速度收敛。下降到几千米高度,再次启动发动机,进一步降低下落速度。发动机需要具备深度变推力能力。一次性火箭发动机,点火基本就是满功率全力输出,没有 “踩小油门” 的需求。可回收火箭不一样,火箭起飞时几百吨重,要发动机全力猛推;等一子级返回地面,燃料已经消耗大半,箭体只剩一百多吨;到离地面几百米时,箭体已经很轻,如果发动机还输出巨大推力,不但刹不住,甚至会把火箭重新 “吹上天”,根本没法稳稳落地。深度变推力,就是发动机可以在很大区间调节出力。既能满功率全力起飞,又能把推力压到额定推力的40% 甚至更低,输出柔和的小推力,精准控制下降速度。例如猎鹰9号梅林发动机推力可在40%‑100%区间调节,朱雀三号天鹊‑12A同样支持大范围推力节流。火箭从数百米每秒不断减速,到距离地面几十米的悬停点,将垂直下落速度压低至1‑2m/s,相当于雨滴落地的速度量级。

5.支腿展开进行软着陆。临近地面,4条大型液压着陆腿展开锁死,缓冲机构吸收剩余冲击能量,箭体直立稳定站立在陆地场坪或者海上平台。着陆腿属于沉重结构,会带来死重损耗,一般会消耗23%‑40%的运力;但这套方案技术成熟,回收后检测维护流程清晰,适合高频次商业发射任务。

火箭重复使用次数越多发射成本越低

“一般情况下,液氧甲烷燃料费用占发射成本的1%至3%,火箭一子级成本占全箭成本的约70%。火箭重复使用次数越多,发射成本越低。”型号研制负责人说。

据介绍,蓝箭航天计划尽快实施回收箭体的复用任务,加快构建“发射-回收-检测-复用”闭环体系,为后续高频次、低成本商业化运营奠定基础。

下一步,国家航天局将持续推进中国重复使用运载火箭工程化应用,切实提升我国大运力、低成本、高频次进入空间能力。

编辑:孙晨