7月10日,我国长征十号乙火箭首飞发射成功并回收成功,我国由此成为世界上继美国之后第二个掌握火箭回收技术的国家,而且也是全球首个使用网系回收技术回收火箭的国家。

但是很多朋友在观看央视等媒体的直播视频画面时,也发现火箭一子级下降悬停和被海上网捕平台捕获时,箭体顶端持续冒出浓烈黑烟,不少网友心生疑虑,猜测该火箭是不是有燃料泄漏、箭体起火等故障,还有人拿美国猎鹰9号火箭回收画面对比,因为后者回速降落时并不会冒出黑烟,于是疑惑长征十号乙火箭冒黑烟是否某些方面出了些问题。

长十乙一子级用的是YF-100K液氧煤油发动机,这和二级液氧甲烷动力形成鲜明区分,因为煤油燃烧时本身很容易出现黑烟,而如果箭体上下有缝隙的话,那么舰体在下落的过程中,下面喷出的火焰产生的黑烟就有可能通过缝隙从上面冒出来。

除此之外还有一种可能,就是箭体顶部布置的姿态控制小发动机持续工作,释放推进剂燃气,叠加再入高温烘烤箭体保温高分子材料,材料轻微热裂解产生少量黑烟,多重烟气全部从箭体顶端排气结构集中排出,视觉上就形成顶部持续冒烟的直观效果。

长征十号乙的姿态调整流程全部写入预设控制程序,而回收后的通报也显示一切正常,姿态控制系统正常运转,说明不存在失控、破损类故障,回收完成后的全面探伤检测也证实箭体结构、发动机完好无损,不影响后续重复复用。

猎鹰9号也采用液氧煤油推进剂,燃烧也会产生炭黑,视觉观感差距完全来自回收方案与箭体结构设计的不同。

猎鹰9号依靠底部四根重型着陆腿垂直降落,整套支撑结构包裹箭体底端,底部发动机燃烧产生的烟尘会被遮挡,气流顺着箭体侧面向下飘散,不会向上汇集至顶部;
同时猎鹰9号贮箱排气开口分布在箭体侧面,而非顶端,泄压产生的煤油烟气会侧向散开,很难形成集中向上的黑色烟柱,只是回收完成后箭体外壳会附着大片黑色烟灰,只是降落瞬间镜头不容易捕捉。

反观长十乙走全球首创无着陆腿网系回收路线,为了减重释放运载能力,彻底取消厚重着陆支架,依靠箭体顶部挂钩对接海上柔性阻拦网,箭体顶端级间段预留大量排气、挂钩镂空结构,底部发动机减速产生的高温燃气会顺着箭体夹层向上回流,从顶部缝隙一并溢出,把泄压产生的黑烟一并向上裹挟放大。
两种回收思路没有优劣之分,只是工程取舍不同,猎鹰9号牺牲运力换取更简洁的排烟视觉效果,长十乙则放弃着陆腿换取更高运载能力、更大海上回收容错窗口,顶部浓烟只是这套轻量化设计附带的视觉特征,并非技术缺陷。

长十乙作为过渡型复用火箭,采用一级煤油、二级甲烷的混合动力方案,优先快速验证回收整套技术,不可避免会存在煤油燃烧积碳、回收排烟明显的问题,而正在研制的长征十号丙全液氧甲烷火箭,将从根源消除这类黑烟现象。

甲烷分子结构简单,燃烧产物只有二氧化碳和水蒸气,几乎不会生成炭黑微粒,不存在富燃不完全燃烧产生浓烟的情况,即便同样采用网系回收构型,回收全过程也只会出现淡淡的白色水汽,不会出现浓黑烟带。
对比国外蓝色起源新格伦甲烷火箭回收后箭体光洁如新的画面,就能直观看出两种燃料路线的视觉差距,这也是航天团队规划长十系列分步研发的核心考量,先用煤油一级的长十乙快速落地回收技术、完成海上网捕验证,再推出全甲烷长十丙解决煤油燃料积碳、排烟等短板,兼顾短期工程落地效率与长期商业航天洁净复用需求。

此次长十乙回收黑烟引发热议,也暴露出大众对液体火箭回收工况的认知偏差,很多观众习惯以地面汽车、机械设备的故障标准评判航天飞行器,误以为冒烟等于零部件损坏,但航天工程里大量看似反常的视觉现象,都是提前计算、设计好的标准工况。
无论是底部火焰或姿控发动机产生的黑烟,还是再入阶段箭体表层轻微烧蚀,都是火箭适配大气层往返、反复复用的正常副产品,评判火箭是否故障,核心依据是遥测数据、落地后探伤检测结果,而非肉眼看到的烟气外观。

长十乙已经顺利完成全球首次海上网系回收,一子级完整无损运回港口检修,整套动力、结构系统全部达标,顶部黑烟只是液氧煤油回收火箭的标志性工程痕迹,不代表设计存在缺陷,更不影响我国可回收火箭技术路线的成熟度,反而直观体现出航天团队为提升运力做出的轻量化结构取舍。
消息来源:央视新闻7月11日视频报道《长征十号乙运载火箭首次发射回收纪实》
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