尝试全新回收模式!“星舰”试飞成功,上演“筷子夹火箭”(2)

2024-10-14 14:14  环球时报

"筷子夹火箭"难在哪里

在第五次试飞中,最大的挑战来自"超级重型"火箭的全新回收方式。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,这为下一步的发射塔原位捕获火箭技术奠定了基础。

根据SpaceX的计划,第五次试飞将利用原位发射与回收技术,测试发射塔架机械臂捕获火箭的新回收模式。美国"太空"网站介绍称,SpaceX公布的演示视频显示,该火箭完成发射任务后将非常精准地返回发射地点,并逐步减速和降低高度,最后由发射塔架的机械臂将悬停状态的火箭在半空中抓住。

具体而言,这个过程相当复杂。"超级重型"火箭在降落过程中先是点燃9台"猛禽"发动机,其中6台在距离地面约800米时熄火关闭,剩余3台保持火箭垂直缓降状态。当火箭下降到约65米高度时,关闭其中2台发动机,保持缓慢下降状态。最后等待机械臂水平处在"超级重型"火箭约2/3的箭体位置时,火箭转入悬停,机械臂随即靠拢并将其捕获。随后机械臂将"超级重型"火箭放置到发射架上,以确保安全和稳定,这一整套动作也被形象地称为"筷子夹火箭"。

尽管说起来容易,但想要实现"筷子夹火箭"并不容易。两条捕获机械臂长达36米、高18米,能够在发射塔轨道上下移动,灵活地接近、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。同时对于超重型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。因此马斯克曾预测,"筷子夹火箭"的首次成功率仅为50%。"太空"网站还提到,鉴于这次任务的高风险性,SpaceX明确提到,如果在这次"星舰"发射过程中发现任何异常,影响到发射塔架的回收捕捉的正常进行,将改回原先的海面软着陆方式。

至于为何要改用"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。目前SpaceX的"猎鹰9"号火箭助推器采用着陆腿回收的技术已经非常成熟,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,需要从着陆场长途转运,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。

后续依然还有诸多挑战

根据美国国家航空航天局(NASA)和SpaceX的计划,"星舰"未来在美国的一系列航天活动中都扮演了重要角色。CNN称,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。该任务涉及大规模低温推进剂在轨加注,技术难度高、跨度大,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,但目前在这两大重要领域,"星舰"尚未展开实际的大规模技术验证,后续的技术验证活动会非常密集。

此外,马斯克9月还宣布,首艘前往火星的"星舰"计划在两年后发射,以测试完整登陆火星的可靠性,如果着陆顺利,那么首批载人"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"的发射频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,为此SpaceX在"星舰"设计上不遗余力地降低发射成本和提升效率。但该计划能否最终实现,目前看来还面临诸多挑战。