星艦五飛：一舉實(shí)現(xiàn)“筷子”夾火箭（上）

想象一下，用筷子在空中夾起一顆小小的豆子，需要多么精準(zhǔn)的手法呀！如果用“筷子”夾住的不是豆子，而是龐然大物——一枚有40 層樓高的火箭呢？是不是聽起來像科幻電影里的情節(jié)？但是SpaceX在2024年10月13日的星艦第五次綜合飛行測試中，把它變成了現(xiàn)實(shí)！

這次測試有兩大硬核挑戰(zhàn)：一是讓超重型火箭在發(fā)射幾分鐘后像回旋鏢一樣飛回發(fā)射場，并由發(fā)射塔上被形象地稱為“筷子”的巨型機(jī)械臂精準(zhǔn)捕獲；二是讓星艦飛船再次突破大氣層，在重返地球時精準(zhǔn)落入海洋，誤差控制在10米以內(nèi)。

隨著33臺猛禽發(fā)動機(jī)齊聲轟鳴，超重型火箭像一頭噴著火龍的鋼鐵巨獸朝著藍(lán)天直沖而上，在晨光中畫出一道金色弧線，上演了一場壯觀的“日出秀”。2分多鐘后，超重型火箭順利完成與星艦飛船的分離，隨即調(diào)頭返航。起飛約7 分鐘，最驚心動魄的時刻來了——發(fā)射塔架上的“筷子”穩(wěn)穩(wěn)夾住了這頭從天而降的鋼鐵巨獸。這場景看起來比電影特效還要刺激！ SpaceX的發(fā)言人激動地說：“即使在今天這個時代，我們剛才看到的景象看起來也像魔術(shù)一樣。”

而與此同時，已經(jīng)與超重型火箭分離的星艦飛船點(diǎn)火繼續(xù)飛行，在發(fā)射約1 小時后如同一名跳水健將，以優(yōu)美的弧線精準(zhǔn)濺落海面，誤差在計劃的10米之內(nèi)。

星艦第五次試飛圓滿完成了預(yù)定計劃，距離“全可回收、完全復(fù)用”的星際飛行夢想更近了一步。馬斯克表示：“今天，我們朝著多行星生命邁出了一大步。”

從來沒有人試圖從空中接住一枚重數(shù)百噸的火箭，這是人類航天史上前所未有的大膽嘗試，星艦像練就了一身絕技的功夫大師，將不可能變?yōu)榭赡堋Ｄ敲矗桥炇侨绾尉毦汀翱曜印眾A火箭這門“絕世武功”的呢？讓我們一起打開星艦的“武功秘籍”！

“自廢武功，另立門派”

與獵鷹9號火箭的第一級一樣，超重型火箭與星艦飛船都能夠返回地面，實(shí)現(xiàn)完全可重復(fù)使用。獵鷹9號火箭第一級回收時，會像仙鶴一樣伸出四條“大長腿”（著陸腿），穩(wěn)穩(wěn)地落在地面或海上平臺，不需要復(fù)雜的機(jī)械操作，回收過程相對簡單，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，成功率很高。星艦卻“自廢武功”，放棄了這種“成熟技能”，偏要另立門派，挑戰(zhàn)更復(fù)雜、更高風(fēng)險的“筷子”夾火箭方案。這究竟是為什么呢？

原來，獵鷹9號的“大長腿”雖然厲害，但在回收后，無論降落在海上還是陸地上，都需要復(fù)雜的后續(xù)操作。它在海上降落時，要被小心翼翼地抬上輪船，漂洋過海好幾天回到岸邊，進(jìn)行一系列檢測、維護(hù)操作；在陸上降落時，也得像放倒大樹一樣輕輕放平，進(jìn)行基本的檢測和維護(hù)。火箭最終被運(yùn)回廠房后，工程師們還要給它“體檢”、換零件，特別是那四條“大長腿”，光維修就要花很長時間。整套流程下來，等它再次上天，半個月都過去了！而為了實(shí)現(xiàn)超高速旅行和火星移民的目標(biāo)，星艦需要像客機(jī)一樣高頻次飛行，每天執(zhí)行多個航班。這就要求火箭回收和翻新的速度足夠快。SpaceX 設(shè)定的目標(biāo)是讓超重型火箭在起飛后一小時內(nèi)再次出發(fā)。“大長腿”的回收方式周轉(zhuǎn)周期較長，顯然滿足不了星艦高頻次發(fā)射的需求。

此外，四條“大長腿”本身也是個“累贅”，雖然用了超輕材料，可它們的體重還是占了火箭重量的8%。超重型火箭比獵鷹9 號更龐大，需要設(shè)計六條更大、更堅(jiān)固的“大長腿”，體重占比會漲到10%。這些重量會影響火箭的帶貨能力，少帶不少貨物和燃料呢。

因此，SpaceX 另辟蹊徑，讓火箭直接飛回發(fā)射臺，壓縮回收轉(zhuǎn)運(yùn)時間。2022年，SpaceX公司建造完成了全新的地面著陸回收系統(tǒng)，在超重型火箭（或星艦飛船）返回著陸時，通過巨大的機(jī)械臂——“筷子”把它接住，放回發(fā)射架，然后準(zhǔn)備下一次飛行。這種方案雖然技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大，但與傳統(tǒng)回收方法相比，優(yōu)勢顯而易見：

（1）閃速周轉(zhuǎn)

傳統(tǒng)著陸方式需要通過卡車或輪船將火箭運(yùn)輸回發(fā)射場，而超重型火箭能夠直接返回發(fā)射塔，省去了運(yùn)輸和拆裝的麻煩，檢查、加注燃料等操作可以立刻進(jìn)行。發(fā)射臺回收使用的“筷子”實(shí)際上也是火箭發(fā)射前的總裝吊機(jī)，有助于更高效地將星際飛船和超重型火箭堆疊在一起，大幅加快了火箭重復(fù)使用的速度，使下一次發(fā)射的準(zhǔn)備時間從數(shù)周縮短到數(shù)小時，就像飛機(jī)降落后很快就能再次起飛一樣。從“半個月等一次”變成“一天飛好幾趟”，“快遞”效率暴漲！

（2）安全升級

采用“大長腿”展開著陸的方式可能會出現(xiàn)火箭“站立不穩(wěn)”甚至“摔跟頭”的情況，導(dǎo)致火箭在降落時受損甚至傾倒，讓回收功虧一簣。在半空中捕獲火箭就降低了火箭損壞或傾覆的風(fēng)險。由于火箭在空中被夾住，避免了與地面猛烈接觸發(fā)生重大損壞。無須像獵鷹9號一級火箭降落后反復(fù)放平和起豎，也降低了對箭體結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)一步提高了火箭的可靠性。

（3）帶貨更多

甩掉了笨重的“大長腿”輕裝上陣，火箭卸下了沉重的包袱，變得更輕、更簡潔，增強(qiáng)了帶貨能力，能攜帶更多的貨物、燃料甚至乘客，提高效率。