《我们爱科学》栏目组 作者：九一

我国的人造飞船每年都要穿梭宇宙数次，然而，那些送飞船上天的火箭，还没有“飞回家”的体验——火箭回收。火箭回收到底难在哪儿？火箭从“离家”到“回家”，一共分几步？

太空“班车”

火箭发射我们都很熟悉了。随着“3、2、1，点火!”的口令，火箭尾巴冒着火光和浓烟，腾空而起，飞向太空。之后，火箭二级进入遥远的宇宙，而火箭一级落回地面，成为残骸，至此，火箭的使命就完成了。

但经过长时间研究摸索后，科学家发现，就像我们坐的公交车或地铁一样，火箭也可以是来回往返的运输工具。火箭如果能回收继续使用，变成定时定点发射的太空“班车”，而不是一次性消耗品，会有更多好处。

传统的火箭发射，科研人员一边要盯紧时间窗口，找到适合发射的时间，在适合的时间前完成所有工作，一边还得紧锣密鼓地准备新的火箭。

重复使用的火箭，可以大大降低成本。科学家说的回收火箭，目前主要是回收火箭一级。火箭一级的成本占整个火箭的70%，回收之后可以大大降低火箭的成本。火箭一级可以回收，意味着不用再花费大量的时间和精力重复制作这部分。回收后的火箭一级经过检修，确认合格后就可以继续出发。可回收火箭还能大幅提高发射频率和发射灵活性，为组建卫星网络和大规模太空探索提供运力。

火箭“回家”分几步

愿望虽然美好，但实现的过程很难。要想让火箭一级回到地球上，需要三步。

第一步是火箭飞行中进行的箭体分离。火箭升空到100多千米高度后，二级进入太空，位于二级下方的一级发动机关闭。这时候一级要想“回家”，需要先“掉头”，调整姿态。

第二步，掉头后的火箭进入返航过程，此时它的速度很快，需要发动机二次点火，产生阻力，把速度降下来。

第三步，也就是最后一步，着陆悬停。火箭回到地面的理想姿势是尾部向下站立地面。因此，还需要发动机再一次点火，帮助调整姿势，给火箭一个反推力，让它在着陆时速度为0，且速度不会再增加。

这个过程的每一步都不容易。

整个过程中，发动机的推力需求不断变化，因此，需要精确调节推力，并且具备多次“踩油门”“踩刹车”的能力。这对发动机的控制系统和燃料供应系统都有很高的要求，要确保发动机能够稳定、可靠地在不同推力状态下快速响应指令。

多次的发射和回收过程，也对发动机的可靠性和耐久性提出了很大的要求。发动机的部件需要能够承受高温、高压和震动等恶劣环境，并继续保持良好的性能。

在返回过程中，任何干扰因素，比如高空大风和大气阻力，都可能影响火箭落地的精准性。因此，火箭需要精准的制导系统和精确的导航算法，能够实时根据火箭的位置、速度和姿态进行控制和调整，才能让火箭落在既定回收位置上。一旦角度不对，火箭极有可能倾覆，引发燃料外泄导致爆炸。

在火箭回收过程中，再次进入大气层时，火箭会与空气产生剧烈的摩擦，火箭表面的温度会急剧升高。因此，必须使用热防护材料来保护火箭，尤其是火箭的心脏——发动机。

只有这些都有保证，才能让火箭“回得准”“落得稳”和“用得久”。

朱雀三号登场

我国的朱雀三号就是一枚可回收火箭。它箭体直径4.5米，全箭总长76.6米，起飞质量约660吨。

2024年9月，朱雀三号进行了10千米垂直起降返回飞行试验。在起飞约113秒后发动机关机，此时火箭依靠惯性，继续飞行至距离地面1万多米的最高点。在这个过程中，火箭依靠自身来稳定飞行姿态，抵抗高空横风干扰。

经过约40秒后，在火箭高度降至4640米时，发动机进行空中二次点火，火箭进入着陆减速段。最后朱雀三号在回收场实现了软着陆。

朱雀三号火箭的优点：

高复用次数：朱雀三号的一级火箭设计复用次数不少于20次，这意味着它可以进行多次发射和回收，显著降低每次发射的成本。

先进的着陆技术：朱雀三号配备了4个栅格舵，这些栅格舵用于姿态调整与落点控制，使得火箭着陆更加可控。

适应性强的着陆腿：火箭安装有着陆腿，不仅适用于陆地回收，还能适应海上回收，这增加了回收地点的灵活性。

环保的燃料选择：朱雀三号使用的是液氧甲烷作为燃料，相比传统的液氧煤油，液氧甲烷燃烧后积碳的可能性小很多，这有利于火箭回收后的清洗和检修，同时也更加环保。

精确的制导和导航系统：在10千米垂直起降试验中，朱雀三号能够在复杂的大气环境中准确返回着陆点。

热防护技术：朱雀三号在返回大气层时，需要面对与空气剧烈摩擦产生的高温，因此，必须使用高效的热防护材料和技术来保护火箭，尤其是发动机部分，确保回收后的火箭能够再次使用。

供　　稿 | 《我们爱科学》栏目组 作者：九一

编　　辑 | 于璧嘉

责　　编 | 王 彬

审　　核 | 雷智颖

值班编委 | 李 辉 张巧云