美國太空探索技術公司（SpaceX）首席執行官馬斯克不久前還在痛罵美國聯邦航空管理局（FAA）“監管過度”“正在扼殺美國的太空計劃”，沒有想到的是FAA于12日突然宣布提前批準SpaceX的“星艦”超重型火箭的第五次試飛。“星艦”在13日的試飛中成功測試了被戲稱為“筷子夾火箭”的全新火箭回收模式，因為其技術難度相當高，被認為是這次試飛最大的看點。

第五飛任務達成

“星艦”的第五次試飛任務在發射前就引發全球大量媒體與航天迷的關注。在北京時間13日晚8時30分左右，“星艦”成功從位于美國得州的基地發射升空。按照預定計劃，“星艦”進一步測試了飛行全過程：“超級重型”火箭在完成發射任務后嘗試了返回火箭發射場，利用發射塔架的機械臂在空中接住火箭；“星艦”飛船則在發射后約1小時在澳大利亞西部的印度洋進行“水上著陸”。針對第四次試飛時“星艦”飛船在重返大氣層時出現的隔熱瓦損壞問題，第五次發射的該飛船重新修改了隔熱防護并增加了額外的隔熱瓦層數，給飛船提供更好的保護。

發射畫面

此前“星艦”已經完成了四次試飛。其中在6月6日的第四次試飛中，它基本上實現了所有預設項目的測試：“超級重型”火箭以垂直姿態在預定海面（墨西哥灣）懸停濺落，“星艦”飛船成功重返大氣層，以垂直姿態在預定海面（印度洋）濺落成功。得益于遍布地球軌道的衛星互聯網直播，人類還頭一回親眼目睹飛船重回地球時被等離子體環繞的景象。

美國有線電視新聞網（CNN）12日稱，FAA早些時候說，預計要到11月底才會決定SpaceX“星艦”的發射許可，但10月12日突然宣布批準該火箭可以在13日發射。FAA在聲明中表示，SpaceX滿足了“星艦”第五次測試“亞軌道試飛的所有安全、環境和其他許可要求”，同時批準“星艦”第六發的任務計劃。

“星艦”火箭總長約120米，直徑約9米，由兩部分組成，第一級是長約70米的“超級重型”助推器，第二級是“星艦”飛船，兩級均可重復使用。該火箭的設計目標是將人和貨物送至地球軌道、月球乃至火星，能夠完全且快速重復使用火箭，將大幅減少將貨物或人員運送到地球軌道和深空的時間和成本，被認為對SpaceX的太空雄心至關重要。

“筷子夾火箭”難在哪里

在第五次試飛中，最大的挑戰來自“超級重型”火箭的全新回收方式。在最初的兩次試飛中，“星艦”均因為失控而啟動自毀裝置；第三次試飛時，“超級重型”火箭完成返回點火，但著陸點火時姿態失控，沒能完整落海；一直到第四次試飛才首次實現了在預定地點的成功減速、垂直下降、“海面軟著陸”的全過程。SpaceX副總裁比爾·格爾斯騰邁爾透露，“超級重型”火箭在第四次海面軟著陸的精度為0.5厘米，這為下一步的發射塔原位捕獲火箭技術奠定了基礎。

根據SpaceX的計劃，第五次試飛將利用原位發射與回收技術，測試發射塔架機械臂捕獲火箭的新回收模式。美國“太空”網站介紹稱，SpaceX公布的演示視頻顯示，該火箭完成發射任務后將非常精準地返回發射地點，并逐步減速和降低高度，最后由發射塔架的機械臂將懸停狀態的火箭在半空中抓住。

回收畫面

具體而言，這個過程相當復雜。“超級重型”火箭在降落過程中先是點燃9臺“猛禽”發動機，其中6臺在距離地面約800米時熄火關閉，剩余3臺保持火箭垂直緩降狀態。當火箭下降到約65米高度時，關閉其中2臺發動機，保持緩慢下降狀態。最后等待機械臂水平處在“超級重型”火箭約2/3的箭體位置時，火箭轉入懸停，機械臂隨即靠攏并將其捕獲。隨后機械臂將“超級重型”火箭放置到發射架上，以確保安全和穩定，這一整套動作也被形象地稱為“筷子夾火箭”。

盡管說起來容易，但想要實現“筷子夾火箭”并不容易。兩條捕獲機械臂長達36米、高18米，能夠在發射塔軌道上下移動，靈活地接近、抓取降落中的火箭，并需要根據火箭降落時的位置變化隨時進行調整。同時對于超重型火箭的飛控精度和懸停能力的要求非常高，可謂“失之毫厘差之千里”，一旦略有偏差就可能導致火箭在發射塔架上傾倒甚至爆炸。因此馬斯克曾預測，“筷子夾火箭”的首次成功率僅為50%。“太空”網站還提到，鑒于這次任務的高風險性，SpaceX明確提到，如果在這次“星艦”發射過程中發現任何異常，影響到發射塔架的回收捕捉的正常進行，將改回原先的海面軟著陸方式。

至于為何要改用“筷子夾火箭”這種復雜和高風險的回收模式，SpaceX的解釋是它可以高效解決火箭再利用的問題。目前SpaceX的“獵鷹9”號火箭助推器采用著陸腿回收的技術已經非常成熟，成功率非常高。這種回收過程相對簡單，不需要復雜的機械操作，但缺點在于后續重復利用比較麻煩，需要從著陸場長途轉運，無法滿足SpaceX高頻次發射的需求。而“筷子夾火箭”雖然技術實現難度大，但火箭回收后直接可以與發射塔架對接，后續的檢查、加注燃料等步驟可以直接進行，極大減少了發射準備時間。此外，“超級重型”火箭的重量遠超“獵鷹9”號火箭助推器，著陸腿可能難以承受火箭著陸時的巨大沖擊。

后續依然還有諸多挑戰

根據美國國家航空航天局（NASA）和SpaceX的計劃，“星艦”未來在美國的一系列航天活動中都扮演了重要角色。CNN稱，美國載人登月的“阿爾忒彌斯”計劃，將使用“星艦”飛船的改進版本作為著陸器，將NASA宇航員送到月球表面。同時“星艦”還需要在該計劃中承擔在地球軌道上作為“太空加油站”的重要使命。該任務涉及大規模低溫推進劑在軌加注，技術難度高、跨度大，是“星艦”執行深空探測任務的“必修課”。NASA計劃在2026年實現載人登月，但目前在這兩大重要領域，“星艦”尚未展開實際的大規模技術驗證，后續的技術驗證活動會非常密集。

此外，馬斯克9月還宣布，首艘前往火星的“星艦”計劃在兩年后發射，以測試完整登陸火星的可靠性，如果著陸順利，那么首批載人“星艦”前往火星的行動將在4年后進行。按照他公布的時間表，從首次載人登陸火星之后，“星艦”的發射頻率將呈現指數級增長，目標是20年內在火星上建成一座自給自足的城市。為此需要將前往火星的太空發射成本從現在的每噸10億美元降低到每噸10萬美元，為此SpaceX在“星艦”設計上不遺余力地降低發射成本和提升效率。但該計劃能否最終實現，目前看來還面臨諸多挑戰。

環球時報