朱雀三号成功陆地回收:火箭稳稳 “归巢”,背后是一套航天级传感器集群

8 月 19 日清晨 7 点 35 分,蓝箭航天朱雀三号遥二运载火箭点火升空,二子级顺利将鸿鹄 03 星送入预定轨道,一子级跨越数百公里,历经高空调姿、大气再入、气动减速、反推制动,四条着陆支腿平稳展开,稳稳站立在甘肃民勤回收场坪之上。这是我国首次实现入轨级运载火箭着陆支腿式陆地回收,标志国内商业可复用火箭正式迈入工程化时代,也代表我国同时掌握海上网系捕获、陆地支腿垂直回收两条可复用火箭技术路线。

数十吨重的火箭一子级,从数万公里每小时的高超音速,一路减速,最终以每秒数米的柔和速度垂直落地,落点精度控制在十余米级别,这一场堪比 “高空落笔精准入笔筒” 的高难度动作,除了液氧甲烷发动机深度变推力、箭体气动设计之外,整套航天级传感器集群,是实现精准返回与安全着陆看不见的硬件基石。很多人目光聚焦于发动机、箭体结构,但如果缺少各类传感器实时输出姿态、位置、高度、冲击载荷数据,闭环飞控系统便无从下达任何控制指令,回收就无从谈起。

在朱雀三号一子级完整返回链路中,不同类型传感器分工协作,贯穿返回全流程。
惯性测量单元 IMU 是整个回收制导的核心感知中枢,内部集成高精度陀螺仪与加速度计,在真空、高超音速再入、强振动冲击环境下持续输出箭体俯仰、偏航、滚转姿态以及三轴加速度数据,帮助箭载计算机实时解算飞行轨迹,完成调姿翻转、返回弹道修正。再入阶段箭体需要承受上千摄氏度高温、数个 G 的过载冲击,普通工业级 MEMS 器件完全无法胜任,航天级 IMU 需要兼顾超高精度、抗冲击、宽温域三大硬性指标,部分系统还会采用多套传感器冗余设计,规避单点失效风险,保障极端工况下输出数据稳定可信。
星敏感器作为火箭的 “空间眼睛”,通过拍摄星空比对星图数据库,提供高精度姿态基准,进一步修正惯性导航的累积误差,保障远距离返回过程落点精度,为栅格舵偏转、发动机点火时序提供可靠姿态参考。
当一子级下降到低空阶段,雷达高度计、激光测距传感器开始接管高度感知,实时测量箭体距离地面真实高度,精准触发一系列关键动作:栅格舵调整、发动机推力切换、着陆支腿展开、着陆减速点火。高空大气稀薄,GNSS 导航信号会存在扰动,高度传感器的可靠输出,是最后百米着陆阶段的安全底线,高度数据出现偏差,就会直接造成支腿提前或者延迟展开,直接影响着陆成败。
着陆支腿内部,布置有力传感器、应变传感器。在箭体接触地面的一瞬间,传感器毫秒级捕捉着陆冲击载荷,反馈缓冲机构形变状态,既保障四条支腿载荷均衡,也把着陆冲击数据完整记录,为后续箭体复用评估提供第一手实测数据。除此之外,遍布箭体各处的温度、压力、振动传感器持续工作,监测再入热环境、推进剂贮箱状态、发动机工作工况,把全箭上千个测点数据源源不断回传地面,既保障本次飞行安全,也为后续箭体复用检测、故障归零积累海量传感原始数据。
可回收火箭和传统一次性火箭相比,对传感器提出了全新的产业诉求。传统火箭只需要保障上升段任务完成;而可复用火箭,传感器不仅要扛住发射、再入的极端恶劣环境,还要承担 “箭体健康体检” 的功能。每一次飞行过程中传感器采集的温度、应力、振动基线数据,会成为火箭复用检修的重要依据,用来判断结构、部件是否存在疲劳、损伤,这也对传感器的一致性、长期稳定性、数据溯源能力提出更高标准。
过去很长一段时间,高端航天感知器件壁垒高,部分器件依赖海外供应链。国内商业航天产业高速发展,液氧甲烷可复用火箭接连取得突破,正在持续拉动国产航天级惯性器件、压力、力、温度传感市场需求。MEMS 惯性、光纤传感、特种压力传感器,正在从军工航天小批量应用,逐步走向商业航天批量交付。当然,面向可重复使用场景,国内航天传感器依然还有不少待翻越的门槛:极端环境下长期可靠性、多批次一致性、成本控制、复用状态下的性能衰减评估,都是行业接下来需要持续攻关的方向。
朱雀三号一子级稳稳落地,是商业航天工程的里程碑,同时也是国产航天传感器能力的一次实战大考。商业航天的蓬勃发展,正在打通航天传感从研发、验证到批量落地的链路,也将反向带动特种传感器技术向下辐射到高端工业装备、机器人、特种检测等更多民用场景。
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