“星舰”试飞上演“筷子夹火箭”场景

发布时间:2024-12-05 11:48:45 来源: sp20241205

2020年12月30日,当“星舰”还在研究阶段、距离发射还很遥远时,就有人在社交媒体上询问SpaceX创始人马斯克,“星舰”的超重型助推器是否会像“猎鹰9”火箭助推器一样着陆。马斯克回复说,我们将用发射塔机械臂抓住它。

当时,不少人觉得这一想法“天马行空”。“星舰”的超重型助推器高度约70米,直径达到9米,用什么机械臂才能抓到这么个飞行中的大家伙?

现在,答案已经揭晓。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(被马斯克比作“筷子”)牢牢夹住,几乎完美实现了马斯克当初的计划。

可是,为何一定要夹住返回的助推器?让它落到海里,或者效仿“猎鹰9”火箭落在着陆台上,不是更简单吗?

“万向推力”发动机精确悬停

根据此次试飞的记录,“星舰”助推器在着陆最后阶段、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。

该过程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。

据报道,“星舰”助推器着陆精度更高的一个原因可能是其助推器足够重,可以控制得更精确。当然,先进的“万向推力”发动机也可能发挥了关键作用。

航天工程技术上的突破

在2019年,马斯克曾表示,一个“星舰”助推器一天可发射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。这一过程耗时恐怕都要以小时计。而降落在海里的打捞、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而倾倒。但支架会增加火箭重量,消耗更多燃料,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,“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,同时段换一个着陆支架不会消耗额外时间。而“星舰”则以液氧甲烷为燃料,简单维护即可再发射,若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。

(责编:王震、陈键)