想要回家好难：说说飞行器的回收

一只大黑猫

要说人类最牛的成就之一，冲出地球遨游太空肯定排得上前几名，但更牛的不是咱们冲得出去，而是收得回来。这技术为啥更高端，有必要搞清楚。

从“天宫一号”说起

2018年4月2日8时15分左右，中国第一座空间站“天宫—号”再入大气层，落区位于南太平洋中部，绝大部分器件在再入过程中烧蚀销毁，这座于2011年9月29日发射升空的空间站正式谢幕。自人类进入宇航时代以来，相当多航天器到达使用寿命后都这样终结。在“天宫一号”前，报废的苏联空间站“和平号”也是于2001年3月23日再入大气层烧毁。为保障它的残骸不落到有人区，还专门发射了一艘“进步号”飞船补给燃料以调整轨道。较小的航天器，如一般卫星，不调整也能完全烧掉，就像一场人造流星雨。如果不希望烧毁，就必须进行专门设计和操作，并安装防热罩等设备，简单地说，就是采用回收技术。

高度和垂直着陆

飞行的标志是获得高度，拥有高度就拥有势能，消耗势能获得动能，因此回收飞行器就是要缓慢可控地释放这些能量。

最早的载人飞行器是气球。1783年，蒙特哥菲尔兄弟发明的热气球升空。气球只提供高度，也就是势能，因此放气减少浮力就能直接返回地面。直到现在，正常情况下载人气球都是这样回收的。

为了防止意外跌落或其他故障，降落伞被作为气球的救生器材发明出来。它依靠张开伞衣增加空气阻力来消耗势能，减缓自高处下落的加速，实现“软”着陆。目前降落伞在多种飞行器回收和救生中被广泛采用，是应用最广的回收技术。

气球不能自主飞行，添加动力后就成为飞艇。飞艇在20世纪初广泛用于运输，因为充装氢气安全性差，已基本淘汰。目前充装氦气，安全性较高的飞艇还有应用。轻于空气的飞行器体积庞大，速度很难满足现代交通需要。

速度、水平着陆、飞机救生

利用机翼和空气相互作用将部分动能化为升力，可以构成滑翔机和普通飞机，鸟类也是这种飞行原理。直升机的旋翼相对空气转动，即使机身不前进，也同样可以产生升力。这些统称为重于空气的飞行器。这类飞行器的升力与流经翼面的空气速度有关，不能像气球、飞艇那样静止悬浮。所以，它们的回收不能只减少升力，还要减少翼面水平运动速度。

直升机的两种减速过程可通过减少旋翼转速同步完成，所以能垂直起降。固定翼飞机需要一定长度的跑道来加减速，从而完成起降，这个过程中一般用轮子支撑。如果在冰雪地，滑橇可以代替轮子，还有些轻型飞机像鸟一样靠驾驶员双脚起降。飞机的这个部分统称“起落架”。

因此，起落架和跑道也是—种应用十分廣泛的飞行器回收技术。

现代飞机飞行高度和速度逐步增加，大型飞机重达数百吨，对跑道要求高，如果不能抵达指定机场，就很难成功着陆。因此，除了通常的起落架外，在战斗机等乘员较少的飞机上还备有跳伞救生设备，必要时可弹射跳伞，牺牲飞机来保证飞行员安全。遗憾的是，由于技术要求太高，大型客机目前还不能采用这种手段。

更高、更快：火箭和飞船回收

1957年，人类发射了第一颗人造地球卫星。从那时起，针对侦察和载人飞行等需要，人们开始研究火箭和飞船的回收技术。这一技术包括两方面：首先，是减速脱离环绕轨道，再入大气层，由于和越来越稠密的空气剧烈摩擦，在减速同时会放出大量热，必须安装防热罩并把再入部分设计成合适形状。之后，要进一步减速并吸收由高空下落转化的机械能，可以采用降落伞或滑翔等手段，甚至安装航空发动机，像普通飞机一样飞行。

因此，航天器回收综合了现有多种飞行器回收技术，成本和技术水平很高。大型空间站因为体积重量太大，通常不进行整体回收。

最早的可回收航天器是返回式卫星和载人飞船，二者技术基本相同，主要采用钝头抛物线形外壳加表面烧蚀防热罩，最终降落伞减速。为了进一步减少降落速度，一些飞船在返回舱安装减速火箭，接近地面时点火缓冲。

稍后，美苏相继开发了水平着陆的可回收航天器，即航天飞机。航天飞机外形类型固定翼飞机，表面覆盖防热瓦，再入大气层减速后利用机翼滑翔，在机场降落。美国航天飞机的火箭助推器也可回收，它的前锥段里有降落伞，燃烧完后与主体分离，降落在海上，打捞修理后可重复利用。但美国航天飞机的燃料箱只能一次性使用，所以是部分可回收，苏联航天飞机也是靠不可回收的火箭发射。

进入新世纪后，一种完全可回收火箭，“猎鹰9号”（Falcon 9）被开发出来。它的一级火箭采用垂直降落回收。为保证火箭“站”到回收区，对着陆支架、姿态控制和发动机有很高要求，通过3次点火，可把下落速度由每秒1300米减速到每秒2米。这是飞行器回收技术的一大突破。