火箭残骸一般是怎么处理的？
首先，得明确一点：并不是所有火箭的部件都会变成“残骸”。现代火箭设计中，越来越强调重复使用性，尤其是一级火箭。对于可重复使用的火箭，比如SpaceX的猎鹰系列，它们的一级火箭在完成推力任务后，会进行一系列复杂的再入大气层、减速和控制着陆操作，最终回到发射场或在海上平台着陆。这种情况下，它们并没有变成传统意义上的“残骸”，而是回收部件，经过检查、翻新后可以再次投入使用。这大大降低了发射成本，也减少了太空垃圾的产生。
那么，对于那些不可重复使用的部件，比如二级火箭、助推器（某些设计）、整流罩（保护载荷的部分）以及其他分离后的子级，它们的命运就各有不同了。
1. 大气层内烧毁：
大部分火箭的二级、三级以及其他分离的助推器，在完成任务后，会根据设计，以几种不同的方式处理。一种很常见的方式就是让它们在重返大气层时烧毁。
受控坠落（非海上）： 有些火箭设计会规划好分离部件的坠落区域，通常会选择人烟稀少、远离居民区的地区，比如戈壁沙漠、无人岛礁等。在重返大气层过程中，部件会因为高速摩擦产生巨大的热量，大部分会在空中就分解、燃烧成灰烬，最终散落在规划的区域。这种方式的处理相对简单，但需要精确的轨道计算和对坠落区域的控制。
非受控坠落（海上）： 另一种更常见的方式是将火箭残骸直接抛入广阔的海洋，尤其是深海区域。在分离后，这些部件会以极高的速度重新进入大气层，大部分会在高温下分解。即使有部分未完全烧毁，也会落入大海。全球各大洋的广阔区域，尤其是远离航运路线和渔业资源的海域，是火箭残骸最常见的“归宿”。这是一种“一劳永逸”的处理方式，但同时也引发了对海洋环境的担忧。
2. 特殊设计的残骸处理：
除了上述两种主要方式，还有一些更具设计性的残骸处理手段，尤其是在一些大型或者针对特定任务的火箭上：
返回式卫星/载荷舱： 有时候，火箭的最后一级或者专门设计的返回舱，会载着一些实验设备或者样品，以受控的方式返回地球。这些返回舱的降落过程类似于太空舱，会经历大气层减速、开伞等步骤，然后被回收。这虽然也是一种“残骸”的回收，但它带有宝贵的科学载荷，性质上有所不同。
3. 太空中的“残骸”：
这里说的“残骸”是指在轨道上完成使命，但没有返回地球的部件。
轨道碎片： 这是太空领域一个非常棘手的问题。火箭的上面级、已失效的卫星、分离的部件（如火箭的喷管、连接件等）如果停留在地球轨道上，就会变成轨道碎片（Space Debris）。这些碎片以极高的速度绕地球运行，对现役的卫星、空间站以及未来的太空活动构成巨大的威胁，可能引发“太空碰撞级联效应”。
“死亡之舞”： 为了避免碎片增多，一些火箭的上面级设计会预留“燃料”，在完成任务后，通过一次小的点火，将上面级推向一个“墓地轨道”（Graveyard Orbit）。这个轨道通常比工作轨道高出数百公里，使得它在万年内都不会与工作轨道上的物体发生碰撞。
主动移除（正在发展）： 目前，主动移除轨道碎片的技能仍在探索和发展阶段。一些概念性的项目包括使用机械臂、网、鱼叉、甚至是激光来捕获和移除大型碎片，然后将其推入大气层烧毁或转移到安全轨道。但这些技术成本高昂，且操作难度极大，目前尚未大规模应用。
关于“处理”的更细致的理解：
当我们谈论“处理”火箭残骸时，不仅仅是让它们“消失”这么简单。这个过程中包含了：
轨道力学与控制： 精确计算每一块残骸的坠落轨迹，确保它们落在预定的区域，或者以特定的方式进入大气层，是工程上的核心挑战。这需要强大的计算能力和对大气模型、材料科学的深刻理解。
材料科学与结构设计： 火箭的材料需要承受极端的温度、压力和振动。设计时就要考虑这些部件在重返大气层时的烧蚀和分解特性。例如，一些部件会故意设计成易于在高温下分解的合金。
环保考量： 将残骸抛入海洋确实是一种“眼不见为净”的方式，但随之而来的海洋污染问题也引起了广泛关注。科学家们在研究如何让残骸在大气层内更充分地分解，减少未烧尽的大块金属落入海洋。而且，对于一些有毒物质的残留，也需要进一步的评估和研究。
经济成本： 可重复使用性是降低成本的关键。但对于不可重复使用的部件，如何高效、经济地处理它们，也是一个持续优化的领域。
总而言之，火箭残骸的处理并非简单的抛弃，而是一个集科学、工程、环保和经济于一体的复杂系统工程。从最大程度地实现重复使用，到控制性地让部件在大气层内烧毁或坠入海洋，再到未来主动管理轨道碎片，这个过程一直在不断进步和优化，目标是让太空探索更加可持续和安全。
网友意见
写个小小的综述好了。
人类航天事业的基石是运载火箭技术，正是一枚枚火箭在轰鸣声中惊天动地起飞，才有了军事、气象、通讯、遥感、导航、科学应用、载人航天和深空探测等多种可能性。但很多人往往忽视了一点：人类受困于强大的地球引力和浓密的大气层影响，火箭运输效率极低，有效载荷仅为总重量的1-5%左右。
人类超级火箭土星五号和它巨大的一级发动机（图源：NASA）
以人类有史以来最强的登月火箭土星五号为例，它的总重量约为3000吨。第一级总重约2290吨，其中壳体和发动机质量仅为130吨，2160吨都为液氧煤油燃料。发动机工作时间标准流程为165秒，平均每一秒燃烧13.1吨燃料，换算成汽油差不多够一辆百公里油耗10升的小汽车围绕地球赤道开4圈半！
但它能送到月球的有效载荷仅为45吨重的阿波罗飞船，比重仅为1.5%。如果考虑到真正的有效载荷仅为三位宇航员和有限的科学仪器，这个效率低到令人发指。其余部分几乎都是燃料和火箭残骸。
长三乙结构（图源：中国长城工业集团有限公司）
中国王牌火箭长征三号乙，是嫦娥探月、北斗卫星导航、天链一号、通讯卫星系列等背后的超级英雄。它总体上能够分为22个部分[1]，但是真正有效载荷就只有第2部分：卫星，占火箭总体重量仅为1%左右。
余下的99%中，除了图中并没有标注出的燃料，其他21个部分都可以叫做同一个名词：火箭残骸！这是我们进行航天事业所必须承受的代价。
虽然同是残骸，但是我们不一样
火箭残骸包括很多种类。按照火箭残骸的产生流程，可大致分为如下几个部分：
一、飞来横祸
顾名思义，这部分残骸是在火箭发射后不久会重新返回地面，甚至在火箭刚开始呼啸震动时就开始“掉渣/残骸”：这其实往往是保温泡沫或结的冰。
猎鹰9号火箭在发射最开始阶段就掉落“残骸”（图源：SpaceX）
大气密度很大，这个阶段产生的残骸高度不够、速度很低、因而这些残骸根本没能突破大气。按照火箭推进的原理，所有的火箭几乎都要设计成多级模式，越靠下面的部分越大也越强力（参考上文土星五号的介绍）。这意味着这部分天外飞祸特点是：非常大、非常贵、也非常危险！
以我国每次载人航天都要使用到的长征2F王牌火箭为例，在发射后约3分钟内，火箭的逃逸塔、助推器、一级火箭、整流罩等重要组成就会相继程序分离，最后分离的整流罩最大高度也仅为100千米左右，引力作用下，它们必然会返回地球。
由于程序分离时间、分离姿态、气象条件等各不相同，它们的掉落区往往分散且面积巨大。由于历史和技术原因，我国的三大传统发射场酒泉、太原和西昌都位于内陆，每次发射都要着重考虑这一批残骸的破坏力。
长征2F火箭基本结构（图源：开放版权）
二、“天外来客？”
随着火箭继续飞行，火箭二级将会继续完成推高航天器轨道的重任，以至于它分离时往往自身动能已经足以环绕地球。但此时轨道高度依然在200千米左右，这里大气虽然稀薄却可以造成足够阻力，火箭二级往往还是会返回地球。
由于高空大气的情况复杂，火箭二级被抛弃后姿态也无法确定，返回地球的轨迹、时间和冲击大气地点很难预测。2016年6月25日我国首次发射新一代火箭长征七号，火箭二级在太空中自由飞行了一个多月后，于7约27日当地晚间在北美中西部再入大气。
但我们不必担心火箭二级造成的威胁。它们没有任何防热措施，再入大气时速度大、空气稠密，它们往往变成美丽的流星，焚毁在大气中。
也有极个别情况火箭二级可能变成“飞来横祸”。历史上最接近二级火箭飞来横祸的是一位叫Lottie Williams的美国人，在1997年她被一个德尔塔－2型火箭二级返回地球时的碎片擦过肩膀。所幸只是轻微擦过，并未受伤，就是吓了一跳。如果再偏一点砸到头上，基本就是必死了。
把她叫做世界上最幸运的人，并不为过（图源：开放版权）
总体上，人类航天60年来，从未发生过任何环绕地球的火箭残骸或太空垃圾击中人类的案例。
三、永久的太空垃圾
对于很多高轨卫星而言，旅程远未结束，运送它们的火箭往往还有第三级、上面级等重要结构。
例如，我国王牌火箭长三乙可以携带一个远征一号上面级[2]，就是靠这个”太空摆渡车”才实现了数次北斗卫星导航系统“一箭双星”任务。请注意，这种一箭双星任务所需要的技术，是远远超过其他“一箭N星”任务的。那些往往是处在同样轨道，火箭只是到站“撒土豆”而已。
此时卫星被分离时轨道已经非常高，这些火箭残骸注定几乎不可能返回地球大气。以2015年7月25日我国长三乙+远征一号“一箭双星”发射北斗导航卫星（M1S和M2S）为例，直到今天（2019年8月12日）长三乙的第三级仍然飞在近地点382千米、远地点16587千米的大椭圆轨道，而共同升空的远征一号更夸张，它飞在近地点22042千米、远地点27866千米的超级椭圆轨道。到人类灭绝都不可能返回地球[3]！
事实上，有很多人类航天事业早期发射高轨卫星带来的火箭残骸，直到今天依然在太空漫游。
而对于很多深空探测任务，目标轨道轻易超过月球的距离，这些火箭残骸已经远到无法追踪了。例如猎鹰重型火箭2018年2月6日首次试射后，它的火箭二级牢牢绑在特斯拉电动车背后，现在已经大概到了相对地球的太阳系另一面了。
地球和猎鹰重型二级这一火箭残骸的相对关系（图源：whereisroadster）
四、太空事故
火箭的结构和材料都不是为了在太空中经年累月工作而设计的，这就意味着它们的使用寿命非常短：往往是完成发射任务即可。例如，载人航天用的火箭仅使用10多分钟就任务结束，高轨任务也仅为数小时。
这就意味着：那些成为长期太空垃圾的火箭残骸，并不稳定。在长期的真空高辐射环境影响下，很容易出现未燃尽燃料泄漏、碰撞甚至结构解体的风险。而这些巨大的太空垃圾一旦解体，可谓是一整个轨道的灾难，影响当前甚至后续的所有任务。
从某种程度讲，这些难以预测和控制的太空事故，是最恐怖的。
那么，这么多火箭残骸，该如何处理它们？
一、飞来横祸：能回收就回收，回收不起要躲得起！
火箭一级和整流罩等往往是火箭体积重量最大、最核心也最昂贵的部分，占据火箭总体成本的80%以上，却是最早被扔掉的，非常可惜！而且非常危险。
处理它们，有效的方式又有三种：
1、回收。这也是SpaceX、蓝色起源、航天飞机固体助推器和我国新一代火箭设计时考虑的重点因素。目前，SpaceX依靠这个技术声名鹊起，不仅能够依靠一级火箭反推平稳回收，还能利用整流罩降落伞减速滑翔和接驳船大网实现回收，几乎毫不浪费。
SpaceX利用火箭一级回收技术名声大噪（图源：SpaceX）
2、完全弃用。这是世界主流火箭的主要处理方式，由于传统火箭发动机设计和结构问题，很多火箭根本无法复用，几乎毫无回收价值，最理想的情况反而是丢掉。但仅有靠海的发射场能实现这一完美主义：例如美国的范德堡空军基地、肯尼迪航天中心、卡尔维拉尔角，中国文昌，欧洲法属圭亚那。
3、尽力减少残骸影响。对于苏联拜科努尔、普列谢茨克，中国酒泉、太原、西昌这些内陆发射场，则不可能避免飞来横祸，但可以大大减小它的影响。例如我国在7月26日长二丙火箭发射遥感30组-05卫星时，给火箭一级的级间段安装了栅格舵，在一级残骸落地过程中起到稳定姿态和减速的效果，大大减少了残骸的可能影响区间，成为世界第二个运用此技术的案例，也为我国未来新一代可回收火箭积累宝贵经验。
装了栅格舵的级间段（图源：航天科技集团）
二、“天外来客”，可控再入
火箭第二级成为残骸时往往已经有能力围绕地球飞行、返回地球状态难以预测、且毕竟还是存在一定风险，当然有必要妥善处理。
SpaceX在实现一级回收后，曾经努力回收第二级，可是第二级的价值实在有限、且回收距离太远、成本太高，导致最后放弃了此项技术。但这并不意味着第二级就此被抛弃：它的执行任务周期很短，在任务结束后，可以利用剩余燃料，自己冲进大气。由于地球绝大部分表面都是大洋，可以很容易控制它们焚毁并最终残骸落入安全区域，尽力减少潜在威胁。
可以用网捕法清除低轨火箭残骸和报废卫星（图源：ESA）
而对于已经进入太空、距离地球较近、且一时半会无法返回的火箭残骸，则可以采取人工干扰的方式进行移除。例如采用新一次发射任务，用小型航天器靠近火箭残骸，采用鱼叉法、网捕法、太阳光帆、拖拽法等将其最终拖入大气焚毁[4]。
虽然人类从未被这个阶段的火箭残骸伤害过，但它们对正常卫星潜在威胁极大，极有可能造就更多新的垃圾。“杞人忧天”还是有必要的。
三、永久的太空垃圾：“世界那么大，你们出去看看”
这个阶段的太空垃圾已经太过遥远，以至于把它们重新带回地球大气的成本实在太高，得不偿失。此时的有效手段就是让它们远离地球附近的宝贵轨道，进入深空。
这个过程基本只能靠它在完成工作之后自主完成：利用残余的燃料，拼尽一切力量，燃尽最后一滴，尽力逃离地球。
例如我国在2015年3月30日的长三丙火箭发射北斗I1-S卫星时，远征一号上面级首秀，它在任务成功、将卫星送入轨道后，最后阶段就执行了这么一个命令，拼尽全力远离地球。时至今日，它的轨道距离地球最远点已经达到15万千米！是地球半径的20多倍，根本不可能再与人类相见。
远征一号轨道（图源：stuffin.space）
只要能杜绝前三类火箭残骸，也就不太可能出现火箭残骸事故造成的新残骸了。
人类航天事业，是人类科技史上的奇迹，它的方方面面无不闪耀着人类最辉煌的智慧和创造力光芒，即便对于火箭残骸的处理亦是如此。不过，当我们看到火箭残骸的种种处理技术时，更应该对这些蜡炬成灰泪始干的“残骸”保持敬畏：
是它们牺牲自己，托起了人类一个又一个航天梦想。
参考文献：
- http:// cn.cgwic.com/Launchserv ice/LM3B.html
- 怡园，远征一号甲——升级版太空摆渡车，《太空探索》2016年7月第7期。
- http://www. zarya.info/Diaries/Laun ches/Launches.php?year=2015
- Shan, M., Guo, J., & Gill, E. (2016). Review and comparison of active space debris capturing and removal methods. Progress in Aerospace Sciences, 80, 18-32.
出品：科普中国
制作：太空精酿
监制：中国科学院计算机网络信息中心
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