“星舰”第五次试飞！SpaceX为何要用“筷子夹火箭”？

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北京时间10月13日晚上8时25分，“星舰”火箭第五次试飞发射。约7分钟后，其超重型助推器成功穿越大气层、返回发射塔，被两个机械臂牢牢夹住。星舰飞船则成功入轨并在印度洋再入溅落。

“筷子”怎样夹住火箭?

【资料图】

在名为“Mechazilla”的巨大“星舰”发射塔上，有三个机械臂。一个是“快速断开臂”，主要用于给“星舰”加注燃料并在发射前保持火箭稳定。另外两个长达36米的机械臂则被用于捕捉火箭，被比作一双“筷子”，它们被安装在超重型绞车上，绞车由巨型电机驱动，可以在发射塔上下移动。

根据此次试飞的记录，“星舰”助推器在着陆的最后阶段、距离地面约2000米时，同时启动13台发动机制动减速，这些发动机具备“万向推力”能力，即喷嘴可以旋转调节方向，以控制助推器姿态和飞行轨迹。待降落到一定高度后，外围发动机关闭，中心位置的3台继续工作使助推器进一步减速并几乎垂直落在两根“筷子”中间。在距离地面约几十米高度时，助推器在发射塔前垂直悬停。几秒钟内，“筷子”微微移动并牢牢抓住助推器栅格翼下方的销钉，发动机关机。

事实上，与其称该过程为“筷子夹火箭”，不如将其叫作“把火箭停在筷子上”。其技术难度并不在于机械臂的灵巧或强大，而是在于如何将庞大的助推器精确悬停在两根“筷子”之间，稍有偏差就会砸在“筷子”上。

“筷子夹火箭”旨在“快速重复利用”

在“星舰”火箭研制之初，SpaceX就提出了“快速重复使用”的概念，即对助推器实现快速回收、加注和再发射。该公司曾提出在一天之内，使用同一个助推器发射三次的目标，而在2019年，马斯克曾表示，一个“星舰”助推器一天可以发射20次，也就是一个小时左右发射一次。

要实现这一目标，使助推器落回发射塔，就地检修、加注和再发射几乎是唯一的选择。即使是在发射塔附近的着陆台降落，如此巨大的火箭助推器，必然需要更为庞大的起重机、运输车等设备进行吊装和运输，才能将其送到发射塔等待发射。这一过程耗时恐怕都要以小时计。降落在海里的打捞、清洗和运输则更为复杂。

那么，为何不能直接在发射台地面上着陆，而是要采用看起来更复杂的“筷子夹火箭”模式?答案就是呈细长圆柱状的火箭助推器要在地面上着陆必须安装着陆支架，以防止助推器在着陆时因振动倾倒。而支架会增加火箭重量，消耗更多燃料，美国太空探索技术公司(SpaceX)创始人埃隆·马斯克曾解释说，不用支架可以减少“星舰”重量和成本。

同样关键的是，SpaceX现有技术、也就是“猎鹰9”助推器上的着陆支架是“一次性”的，每次着陆后都要检修和翻新。对“猎鹰9”来说，由于其以液氧煤油为燃料，两次发射间需要彻底清洗发动机，同时换一个着陆支架不会消耗额外时间。“星舰”则以液氧甲烷为燃料，简单维护即再发射，更换支架会导致时间浪费。

总之，即使是在世界范围内，“筷子夹火箭”也堪称是一种航天工程技术上的突破。无论是对SpaceX还是对马斯克来说，他们都朝着理想又迈出了重要一步。试飞成功后，马斯克又在社交媒体上回复说：“如果未来30年人类文明保持相对稳定，火星上将建成一座自给自足、拥有100万人口的新城市。”