枢密院十号：“筷子夹火箭”成功！到底难在哪里？

本文转自；美国太空探索技术公司（SpaceX）的“星舰”超重型火箭13日实现了一次里程碑式的成功——在第五次试飞中，第一级火箭精准地返回发射塔架，并在机械臂的配合下完成了“筷子夹火箭”的高难度操作。这种被美媒称为“史无前例”的全新火箭回收模式，到底难在哪里？SpaceX又为何非要采用这种特殊模式么？根据SpaceX的现场直播视频，“星舰”超重型火箭于美国东部时间上午8时25分点火正常升空，火箭第一级（即“超级重型”助推器）完成发射任务、与第二级“星舰”飞船脱离后，开始受控从高空降落并缓慢靠近发射塔架。在经过多次减速后，略带倾斜的“超级重型”助推器在半空中被发射塔架伸出的两条机械臂精确地“环抱”，随即完成了这次高难度的回收。不久后，SpaceX又宣布“星舰”飞船也成功降落在印度洋的预定海域，整个发射试验取得成功，“祝贺SpaceX团队完成激动人心的第五次星舰飞行测试！”SpaceX方面的确值得为这次任务的成功而感到激动。之前外界普遍认为，“筷子夹火箭”的全新回收方式难度非常高，SpaceX首席执行官马斯克曾预测，“筷子夹火箭”的首次成功率仅为50%。此前“星舰”的四次试飞中，只有最后一次才得以验证相关技术——在最初的两次试飞中，“星舰”均因为失控而启动自毁装置；第三次试飞时，“超级重型”火箭完成返回点火，但是着陆点火时姿态失控，没能完整落海；一直到第四次试飞才首次实现了在预定地点的成功减速、垂直下降、“海面软着陆”的全过程。SpaceX副总裁比尔·格尔斯腾迈尔透露，“超级重型”火箭在第四次海面软着陆的精度为0.5厘米，这为发射塔原位捕获火箭技术奠定了基础。据介绍，想要实现“筷子夹火箭”并不容易。两条负责捕获火箭的机械臂长达36米、高18米，能在发射塔轨道上下移动，灵活地接近和抓取降落中的火箭，并需要根据火箭降落时的位置变化随时进行调整。同时“筷子夹火箭”对于火箭的飞控精度和悬停能力的要求非常高，可谓“失之毫厘差之千里”，一旦略有偏差就可能导致火箭在发射塔架上倾倒甚至爆炸。至于为何要采用“筷子夹火箭”这种复杂和高风险的回收模式，SpaceX的解释是它可以高效解决火箭再利用的问题——根据马斯克9月宣布的计划，首艘前往火星的无人版“星舰”计划在两年后发射，以测试登陆火星的可靠性，如果着陆顺利，那么首批载人版“星舰”前往火星的行动将在4年后进行。按照他公布的时间表，从首次载人登陆火星之后，“星舰”的发射率将呈现指数级增长，目标是20年内在火星上建成一座自给自足的城市。为此需要将前往火星的太空发射成本从现在的每吨10亿美元降低到每吨10万美元，而SpaceX 在“星舰”设计上不遗余力地降低发射成本和提升效率，正是为此而来。目前SpaceX 的“猎鹰9”号火箭助推器采用着陆腿回收、降落在海上回收船的模式已经非常成熟，成功率非常高。这种回收过程相对简单，不需要复杂的机械操作，但缺点在于后续重复利用比较麻烦，需要从回收船长途转运，无法满足SpaceX高频次发射的需求。而“筷子夹火箭”虽然技术实现难度大，但火箭回收后直接可以与发射塔架对接，后续的检查、加注燃料等步骤可以直接进行，极大减少了发射准备时间。此外，“超级重型”火箭的重量远超“猎鹰9”号火箭助推器，着陆腿可能难以承受火箭着陆时的巨大冲击。不过话又说回来，“筷子夹火箭”技术得到成功验证后，“星舰”超重型火箭的未来依然面临多重挑战。尤其是美国载人登月的“阿尔忒弥斯”计划将使用“星舰”飞船的改进版本作为着陆器，将NASA宇航员送到月球表面。同时“星舰”还需要在该计划中承担在地球轨道上作为“太空加油站”的重要使命，这涉及大规模低温推进剂在轨加注技术，难度高、跨度大，却是“星舰”执行深空探测任务的“必修课”。NASA计划在2026年实现载人登月，但目前在“星舰”这两大重要领域尚未展开实际的大规模技术验证，因此后续的技术验证活动会非常密集。

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