火箭残骸如何回收？（火箭天空）

大家都看过火箭发射，运载火箭将卫星或飞船发射送入太空，正是一个自我牺牲的过程：肢体完成加速使命后一节节地分离之后，有的坠落地面，有的坠入大海，还有的进入了更遥远的太空。火箭飞行过程中掉下来（分离出来）的部分称之为“残骸”。今天我们就来看看！

实际上，火箭残骸包括很多种类。

按照火箭残骸的产生流程，

可大致分为如下三类：

部分残骸是在火箭发射后几乎马上就会重新返回地面，甚至在火箭刚开始呼啸震动时就开始“掉渣”。这其实往往是保温泡沫或结的冰。

不过我们常说的残骸指的是火箭上升过程中坠落回地面的重残骸。以我国载人航天所使用的神箭长征二号F（CZ-2F）运载火箭为例，在发射后三分半钟内，火箭的逃逸塔、助推器、一级火箭、整流罩等重要组成部分会相继程序分离。由于这些火箭部分的速度没有达到进入轨道的条件，也就是比第一宇宙速度小得多，所以没办法继续飞入太空而受重力影响坠向地球，同时再入速度相对较低，残骸会回到地面上。为了避免这部分残骸对地面人员安全和重要设施造成影响，因此一般会通过制导方案设计，对火箭发动机关机条件进行规划，控制残骸落入指定的范围，甚至应用精确落点的控制技术，对残骸进行可控回收。我国三大传统发射场——酒泉、太原、西昌都位于内陆，每次发射后都需要回收这一批残骸。而在我国的新发射场——文昌发射场，它位于海南省，也就是在海边，我国新一代的大型中型火箭（CZ-5、CZ-7）就在这里发射。每次发射完火箭的这部分残骸都直接掉到公海里，不会造成任何的威胁，所以也就不用回收了。

长征二号F火箭基本结构

当我们看到火箭发射直播时听到“星箭分离”，指的是火箭成功将卫星送入预定轨道而与卫星分离了，这部分火箭是火箭的末级（或上面级）也就是最后一级。此时，火箭末级本身也达到了入轨速度，分离后和卫星处于同一轨道中。运载火箭在向近地点数百公里、远地点三万六千公里的地球同步转移轨道发射卫星时，其末级可能在轨“飘”数年甚至数十年之久；运载火箭在向近地轨道发射卫星时，其末级在星箭分离后会在轨“飘”数日到数月，而向太阳同步轨道发射卫星时，运载火箭末级则可能永远“飘”在轨道上。以近期首次发射的长征五号B（CZ-5B）火箭为例，该火箭于5月5日在文昌发射场成功将新一代载人飞船试验船等载荷送入预定轨道后，不到一周时间内火箭残骸再入大气层焚毁。

长五B火箭

为了避免对卫星工作造成威胁，或与卫星的碰撞风险，火箭末级一般都有钝化处理和离轨措施。“钝化”就是让火箭变得“不敏感”，简单地说，就是将火箭末级剩余的燃料、高压气泄出，让电池自己短路，彻底消除火箭末级“自爆”的危险。对轨道高度较低的火箭，利用大气阻力效应衰减轨道，使火箭末级残骸自然陨落是一种国内、外通行，最为经济的方案，每年有大量各国运载火箭末级残骸通过这样的方法再入大气层。这些火箭末级位于低地球轨道上，靠近大气边缘的气体足以造成阻力，拖拽着火箭末级逐步降低高度，然后会在一定时间后再入大气层。不过我们不用担心这部分火箭残骸造成的威胁，它们没有任何的防护措施，其再入速度至少为第一宇宙速度量级，由于与稠密大气剧烈摩擦会在天空中变成美丽的流星而绝大部分焚烧殆尽。

火箭残骸回收主要工作

火箭发射前一周，落区工作组奔赴落区。落区多是偏远山区或大漠戈壁，地广人稀、交通不便。有的地方山高谷深、重峦叠嶂，有的悬崖峭壁、河急滩险，有的黄沙荒漠、连绵不绝。要是遇上连日阴雨，出现塌方和滑坡，更是让落区回收工作险象环生。每到一个地方，工作组都要召集当地公安、消防、林业、交通、教育等部门召开动员部署会，落区工作人员通过广播、短信、微信等形式将火箭发射的消息告诉落区群众，搞好宣传动员。落区工作人员还会挨家挨户进行检查督导，确保宣传动员家喻户晓、人人皆知。

火箭升空前一小时，落区上空会响起防空警报，工作组将群众全部疏散到空旷、开阔的场地，确保落区群众生命安全。火箭发射升空后，做好对空观察，及时避让火箭残骸。经过十多分钟的等待，火箭残骸划过天空，落入提前计算出来的预定区域。工作组利用声音、定位系统、地形图等预判落点位置，并通过前方观察哨确认残骸具体落点，组织人员看管残骸现场。回收分队赶赴残骸现场，组织技术人员将残骸上的火工品和剩余燃料进行清理，然后对残骸进行切割、分解、回收。

火箭残骸坠落后的照片

精确回收利器1一栅格舵控制技术

去年（2019年）长征二号丙火箭又一次成功把三颗卫星送入了预定的轨道，另外还取得了一项成果，就是实现了子级火箭的精确落地，简单来说就是让火箭的残骸精确降落在预定的地点。这个黑科技又叫"栅格舵控制技术"，虽然我国运载火箭是首次运用这种技术，但是仍获得了试验的成功，因此成为世界上第二个掌握这种技术的国家。航天器的回收技术早已成熟，如今连航天助推器的残骸都能实现精准回收，真是让人刮目相看了。这种技术让运载火箭在未来重复使用成为可能，除了符合绿色环保的时代要求，也让航天发射的最后一个高危环节得到了有效的管控。

安装栅格舵

中国运载火箭近年来的发射呈现高强度、高密度的态势，光是2018年就发射了38次，平均每月3次之多。因此火箭残骸降落带来的安全问题也越来越受人们关注。按照一直以来的惯例，火箭在发射前会事先划出一个供火箭残骸降落的地区，基本都是选择一些人烟稀少的地区，降落区为长宽70*30公里的范围。由此可见，在"栅格舵控制技术"出现之前，火箭残骸降落的随机范围很大。

栅格翼与栅格舵是类似的东西，只是安装在火箭上的不同位置了。它们与传统的气动舵面相比，在相同的飞行速度下，飞行器的气动控制效率要高得多，另外翼/舵产生的作用力也比传统舵面大得多。栅格翼是安装在火箭的前部，角度是固定的，主要是起到稳定火箭姿态的作用，而栅格舵安装在火箭后部（如助推器、子级），能够转动，能够控制运载火箭的方向。火箭升空时翼/舵是折叠紧贴着箭体的，因此不会影响火箭的飞行，当火箭冲出了大气层，助推器、子级就会逐个与火箭脱离，并重新回到大气层内。此时这些部件内的伺服器与传动结构就会按照系统指令对栅格舵进行释放与调整，完成降落前的转向、定位等动作。

栅格舵：火箭精准控制的关键

精确回收利器2一降落伞控制技术

今年3月9日，我国用长征三号乙运载火箭成功发射第54颗北斗导航卫星。而在此次任务中，火箭助推器首次验证了基于降落伞的落区控制技术。当长征三号乙运载火箭将北斗卫星送入太空后，包括助推器在内的火箭残骸就会坠落地面。一般情况下，这种坠落是不受控的，会对落区周边居民的安全造成影响，这也是火箭发射任务中的一个难题。

而在此次任务中，研制人员给火箭的一个助推器安装了多个降落伞，在坠落过程中先后展开，成功控制了助推器坠落时的姿态和方向。以往助推的落区范围大概是30*90公里，是2700平方公里。通过翼伞来控制它，落到指定的点，这个面积会大幅缩减。

事实上，从提出方案到这次成功实现此次试验验证，已经跨越了10多年时间。那么，伞降控制究竟难在哪？此次试验又实现了怎样的突破呢？

难点是伞怎么打开。一个助推器大概有4吨的重量，它分离的时候速度大概是2000多米每秒，它的姿态是不受控的，所以在这种情况下怎么把伞打开，并且打开之后使伞不受破坏，也是比较难的一个地方。

要想解决这个问题，就需要找到一个准确的开伞时机，让助推器的角度、速度和姿态等指标都能满足开伞的要求。为了能够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。不仅如此，这套装置还基于北斗系统，实现在复杂野外山林地区的精准的定位跟踪，研制人员五分钟内就精确知道它的落点位置，相当于整个再入过程是全程跟踪可控的。