科技日報記者 胡定坤
北京時間10月13日晚上8時25分，“星艦”火箭第五次試飛發(fā)射。約7分鐘后，其超重型助推器成功穿越大氣層、返回發(fā)射塔，被兩個機(jī)械臂牢牢夾住。星艦飛船則成功入軌并在印度洋再入濺落。
“筷子”怎樣夾住火箭？
在名為“Mechazilla”的巨大“星艦”發(fā)射塔上，有三個機(jī)械臂。一個是“快速斷開臂”，主要用于給“星艦”加注燃料并在發(fā)射前保持火箭穩(wěn)定。另外兩個長達(dá)36米的機(jī)械臂則被用于捕捉火箭，被比作一雙“筷子”，它們被安裝在超重型絞車上，絞車由巨型電機(jī)驅(qū)動，可以在發(fā)射塔上下移動。
根據(jù)此次試飛的記錄，“星艦”助推器在著陸的最后階段、距離地面約2000米時，同時啟動13臺發(fā)動機(jī)制動減速，這些發(fā)動機(jī)具備“萬向推力”能力，即噴嘴可以旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方向，以控制助推器姿態(tài)和飛行軌跡。待降落到一定高度后，外圍發(fā)動機(jī)關(guān)閉，中心位置的3臺繼續(xù)工作使助推器進(jìn)一步減速并幾乎垂直落在兩根“筷子”中間。在距離地面約幾十米高度時，助推器在發(fā)射塔前垂直懸停。幾秒鐘內(nèi)，“筷子”微微移動并牢牢抓住助推器柵格翼下方的銷釘，發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)。
事實上，與其稱該過程為“筷子夾火箭”，不如將其叫作“把火箭停在筷子上”。其技術(shù)難度并不在于機(jī)械臂的靈巧或強(qiáng)大，而是在于如何將龐大的助推器精確懸停在兩根“筷子”之間，稍有偏差就會砸在“筷子”上。
“筷子夾火箭”旨在“快速重復(fù)利用”
在“星艦”火箭研制之初，SpaceX就提出了“快速重復(fù)使用”的概念，即對助推器實現(xiàn)快速回收、加注和再發(fā)射。該公司曾提出在一天之內(nèi)，使用同一個助推器發(fā)射三次的目標(biāo)，而在2019年，馬斯克曾表示，一個“星艦”助推器一天可以發(fā)射20次，也就是一個小時左右發(fā)射一次。
要實現(xiàn)這一目標(biāo)，使助推器落回發(fā)射塔，就地檢修、加注和再發(fā)射幾乎是唯一的選擇。即使是在發(fā)射塔附近的著陸臺降落，如此巨大的火箭助推器，必然需要更為龐大的起重機(jī)、運輸車等設(shè)備進(jìn)行吊裝和運輸，才能將其送到發(fā)射塔等待發(fā)射。這一過程耗時恐怕都要以小時計。降落在海里的打撈、清洗和運輸則更為復(fù)雜。
那么，為何不能直接在發(fā)射臺地面上著陸，而是要采用看起來更復(fù)雜的“筷子夾火箭”模式？答案就是呈細(xì)長圓柱狀的火箭助推器要在地面上著陸必須安裝著陸支架，以防止助推器在著陸時因振動傾倒。而支架會增加火箭重量，消耗更多燃料，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）創(chuàng)始人埃隆·馬斯克曾解釋說，不用支架可以減少“星艦”重量和成本。
同樣關(guān)鍵的是，SpaceX現(xiàn)有技術(shù)、也就是“獵鷹9”助推器上的著陸支架是“一次性”的，每次著陸后都要檢修和翻新。對“獵鷹9”來說，由于其以液氧煤油為燃料，兩次發(fā)射間需要徹底清洗發(fā)動機(jī)，同時換一個著陸支架不會消耗額外時間。“星艦”則以液氧甲烷為燃料，簡單維護(hù)即再發(fā)射，更換支架會導(dǎo)致時間浪費。
總之，即使是在世界范圍內(nèi)，“筷子夾火箭”也堪稱是一種航天工程技術(shù)上的突破。無論是對SpaceX還是對馬斯克來說，他們都朝著理想又邁出了重要一步。試飛成功后，馬斯克又在社交媒體上回復(fù)說：“如果未來30年人類文明保持相對穩(wěn)定，火星上將建成一座自給自足、擁有100萬人口的新城市。”
（圖片來源：SpaceX）
