“星舰”试飞成功，上演“筷子夹火箭”

图片说明： 发射画面

图片说明： 回收画面

本报特约记者 晨 阳

美国太空探索技术公司（SpaceX）首席执行官马斯克不久前还在痛骂美国联邦航空管理局（FAA）“监管过度”“正在扼杀美国的太空计划”，没有想到的是FAA于12日突然宣布提前批准SpaceX的“星舰”超重型火箭的第五次试飞。“星舰”在13日的试飞中成功测试了被戏称为“筷子夹火箭”的全新火箭回收模式，因为其技术难度相当高，被认为是这次试飞最大的看点。

第五飞任务达成

“星舰”的第五次试飞任务在发射前就引发全球大量媒体与航天迷的关注。在北京时间13日晚8时30分左右，“星舰”成功从位于美国得州的基地发射升空。按照预定计划，“星舰”进一步测试了飞行全过程：“超级重型”火箭在完成发射任务后尝试了返回火箭发射场，利用发射塔架的机械臂在空中接住火箭；“星舰”飞船则在发射后约1小时在澳大利亚西部的印度洋进行“水上着陆”。针对第四次试飞时“星舰”飞船在重返大气层时出现的隔热瓦损坏问题，第五次发射的该飞船重新修改了隔热防护并增加了额外的隔热瓦层数，给飞船提供更好的保护。

此前“星舰”已经完成了四次试飞。其中在6月6日的第四次试飞中，它基本上实现了所有预设项目的测试：“超级重型”火箭以垂直姿态在预定海面（墨西哥湾）悬停溅落，“星舰”飞船成功重返大气层，以垂直姿态在预定海面（印度洋）溅落成功。得益于遍布地球轨道的卫星互联网直播，人类还头一回亲眼目睹飞船重回地球时被等离子体环绕的景象。

美国有线电视新闻网（CNN）12日称，FAA早些时候说，预计要到11月底才会决定SpaceX“星舰”的发射许可，但10月12日突然宣布批准该火箭可以在13日发射。FAA在声明中表示，SpaceX满足了“星舰”第五次测试“亚轨道试飞的所有安全、环境和其他许可要求”，同时批准“星舰”第六发的任务计划。

“星舰”火箭总长约120米，直径约9米，由两部分组成，第一级是长约70米的“超级重型”助推器，第二级是“星舰”飞船，两级均可重复使用。该火箭的设计目标是将人和货物送至地球轨道、月球乃至火星，能够完全且快速重复使用火箭，将大幅减少将货物或人员运送到地球轨道和深空的时间和成本，被认为对SpaceX的太空雄心至关重要。

“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。▲