马斯克创新科技揭秘：“筷子”机械臂捕获星舰一级火箭！

美国当地时间10月13日，美国太空探索技术公司（SpaceX）的重型运载火箭“星舰”进行了第五次试飞，其操纵性助推器（即一级火箭）在降落发射塔时，被SpaceX总裁马斯克称之为“筷子”的机械臂在半空中成功夹住。

这一创举有何意义？又有何技术难点？解放日报·上观新闻记者专访了上海市宇航学会资深航天科普专家陶建中。

【不到两年就试飞了五次】

“星舰”高约120米、直径约9米，是迄今体积最大、推力最强的运载火箭。

“短短不到两年就试飞了五次，每一次都有突破，确实不简单。用‘筷子’夹住火箭助推器有三个意义，首先减轻了火箭自身重量，从而可以增加燃料储备。”陶建中介绍，SpaceX公司的可回收火箭“猎鹰九号”，在助推器着陆时会放出“四条金属缓冲腿”落地，它们在升空时不派任何用途，是赘余重量。如今，“星舰”首次实现在半空中被夹住回收，可以节省“四条金属缓冲腿”的重量，从而释放更多的空间来装载燃料。

其次，可以缩短研制周期。“星舰”此次直接降落在发射塔架，只需经过检修，重新加注燃料即可直接起飞，否则降落在遥远的地面，还要先后运回厂房和发射塔架。

马斯克事后在社交媒体发文称：“星舰”的设计正是在发射后一小时内最终实现火箭助推器的重新发射。助推器在5分钟内返回，剩余时间是在助推器顶部重新装载燃料并放置一艘飞船。

第三，为实现可重复使用迈出了关键一步，同时因为减轻了火箭自身重量、缩短了研制周期，也就大大降低了成本。

【“筷子”最多可以夹住700吨】

马斯克此前曾预测，在“星舰”的第五次试飞中，用“筷子”对助推器的“捕获”成功率仅为50%。这一技术难在何处？

“技术难点也有三。首先是高精度的动态控制技术。火箭助推器在返回过程中是动态的，机械臂也是动态的，这就需要高精度协调统一；其次是强大的动力系统。‘筷子’要把火箭助推器牢牢夹住，这需要很大的力矩；第三是助推器降落时要保持稳定，不能产生大的震荡。”陶建中说。

不过，第五次试飞已经说明这三个技术难点得到了解决。比如，这双“筷子”最多可以夹住700吨的重量，而“星舰”助推器用完燃料返回时自重仅为200吨。

【马斯克团队非常善于学习】

正如马斯克在“星舰”第五次试飞后“复盘”时说，助推器的外部发动机喷嘴因高温等原因发生了变形，但这些问题很容易解决。相比前四次试飞，第五次试飞可谓具有里程碑意义。

美国航空航天局局长比尔·尼尔森为此发文称赞——不懈的努力将引领我们为探索月球，再前往火星的目标做好准备。

美国的“重返月球”计划对“星舰”寄以厚望，“星舰”的二级飞船未来将作为载人登月运输工具，把宇航员从月球轨道送到月球上。目前，载人登月计划几番推迟，美国航空航天局的最新说法是2028年，“星舰”为了赶进度也在抓紧试飞。

显而易见，为了缩短“星舰”研制进度，马斯克采用了快速迭代法，即通过不断试飞来暴露问题、解决问题。美苏在太空竞赛时期都曾用过快速迭代法，SpaceX公司此前也是用这一方法成功研制了可回收的“猎鹰9号”火箭。不过，快速迭代法成本较高。

“马斯克团队有一个显著的特点——非常善于学习。”陶建中说。在“星舰”第一次试飞中，火箭发射台受到严重冲击，大量混凝土碎片散落各处。为了解决这一难题，SpaceX公司借鉴了航天飞机的做法，在发射台增铺了一层钢板，钢板下面铺设了水管，一分钟内就可喷出1千吨的水，用来降低噪声和冲击力。

尽管“星舰”后续还有很多试验要做，比如完全入轨、绕地飞行、回收二级火箭、太空加注推进剂等，但外界越来越看好SpaceX公司，并开始期待“星舰”的第六次试飞。

题图来源：新华社

来源：作者：黄海华