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航空知識

北京時間2024年10月13日，美國太空探索技術公司（SpaceX）新一代重型運載火箭“星艦”進行了第五次試飛。本次試飛最大的看點為首次嘗試用發射塔的機械臂在半空中捕獲助推器以實現回收。

星艦第五次試飛起飛。視頻SpaceX

20時，“星艦”發射升空，約兩分多鐘后，一級“超重”火箭與星艦分離，開始返回。發射6分多鐘后，該助推器成功懸掛在兩個巨大的金屬臂（也被稱為“筷子”）之間。這是SpaceX第一次嘗試回收星艦的第一級，絕對稱得上人類航天史上的最大膽且驚險的動作之一。

星艦第五次試飛中，發射塔“機械哥斯拉”回收超重型推進器B12的瞬間。視頻SpaceX

約21時12分，“星艦”二級開始再入大氣層。21時38分，“星艦”成功濺落印度洋。

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“筷子夾火箭”有多難？

用來抓住“星艦”的塔架被叫做Mechazilla，直譯過來為“機械哥斯拉”。兩個機械臂均為長36米、高18米，承重達700多噸。

圖源：@北京科協

與采用四條折疊腿直接著陸的獵鷹9號火箭不同，SpaceX從一開始就沒有給超重助推器和星艦飛船設計著陸支架。

據浙江大學航空航天學院王慧泉教授解析，“筷子回收”主要有兩方面好處——

首先，回收時在空中就讓火箭掛在機械臂上，然后直接把一二級火箭堆疊在一起。馬上就能加注燃料、簡單檢修，然后就能直接再次發射，極大加快了重復使用的速度。

而獵鷹9號火箭就麻煩多了，著陸后要運回工廠翻新、更換、檢測眾多零部件。此外，“星艦”的甲烷發動機在燃燒后幾乎無殘留，而獵鷹9號的煤油發動機卻有大量結焦、積碳需要清洗，必須返廠。

其次，省去了著陸支架，火箭有效載荷大大增加，就能裝更多人、貨物和燃料。

“不過，要想實現塔架抓取回收，還面臨著三大‘攔路虎’。”王慧泉提醒道。

第一，準。塔架回收需要極高的精度，從視頻看，連箭體上的承力點都要對齊機械臂，差一點就可能功虧一簣，甚至碰撞爆炸。

第二，強。需要箭體承力點有足夠強度。萬一“筷子”把火箭“夾”壞了，就沒法重復使用了。

第三，穩。兩根“筷子”必須有強大的緩沖減震能力，能輕柔地把箭體接住，最大可能地減少沖擊力。

由此可見，此次試飛的一舉成功有多么帥氣。

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前四次試飛回顧

“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。

“星艦”目前已進行四次軌道試飛。2023年4月首次試飛時，火箭在第一、二級分離前爆炸。2023年11月第二次試飛時，火箭第一、二級成功分離，但隨后助推器和飛船先后爆炸。2024年3月第三次試飛時，火箭第一、二級成功分離，但助推器在嘗試著陸點火后意外解體，飛船再入大氣層時失聯。在2024年6月6日的第四次試飛中，“星艦”基本上完成了所有預設項目的測試：“超重”火箭成功實現可控軟濺落，星艦飛船的襟翼雖然在返回地球期間出現吸熱瓦片受損的狀況，但也算是成功在印度洋濺落。

經過幾個月的準備，SpaceX目前將飛船的熱盾進行了一次代際升級，并增加了額外的層數，希望能夠給飛船提供更好的保護。讓我們共同期待“星艦”第6飛將有哪些驚喜？