“筷子夹火箭”？“星舰”挑战更危险回收方式

中国航天科普

2024-09-02 17:45发布于北京中国航天科普网官方账号

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1.SpaceX公司近日测试“星舰”最大、最危险的机动动作，首次尝试高风险的塔架接力回收方式。

2.为此，星舰超重型助推器取消了着陆腿设计，采用抓取火箭的方式进行回收。

3.然而，这种回收方式面临三大挑战：控制精度、机械臂强度和稳定回收。

4.通过液压缓冲机构，机械臂需在短时间内接近火箭并精准抓取，确保火箭稳定。

5.未来，如果这种新型地面着陆回收系统成功发挥作用，将是地面支持技术的一大突破。

以上内容由腾讯混元大模型生成，仅供参考

近日，SpaceX公司在第五次发射前测试“星舰”最大、最危险的机动动作，首次尝试高风险的塔架接力。这种“筷子夹火箭”的回收方式到底有多难呢？

又快又轻，新思路助力回收

猎鹰9火箭着陆后，需要运回火箭整修厂，翻新、更换、检测众多零部件，其中关键环节之一就是整修着陆腿，而整修工作需要大量时间。从发射周期考虑，“星舰”回收采用了新思路——剔除着陆腿。这样不仅能够缩短周转时间，还可以大大减轻质量。如此一来，唯一选项就是采用抓取火箭的方式进行回收。

星舰超重型助推器取消了着陆腿设计

在“星舰”第四次试飞后，马斯克便确认下一次试飞将进一步提高难度，用发射塔的捕获臂作为“筷子”，对超重型助推器进行捕获回收。

捕获臂由两个机械臂构成，每个机械臂长36米，高18米，它们配合开展工作，从而接住超重型助推器或星舰飞船。捕获臂通过塔底的超大型绞车系统驱动，可沿塔架上的轨道上下移动，同时通过液压油缸的伸缩动作带动机械臂实现打开和合拢。

另外，为保持稳定，机械臂安装了液压缓冲机构，用于在提升或回收助推器和星舰飞船时，承载分散一部分冲击力。其前端距勤务塔固定处约34.8米，接驳台面（与栅格翼接触的部位）长约20米，以适应助推器回收降落位置的偏差。

为避免因抓取失误而砸坏发射架，助推器不直接降落在发射架上方，而是降落在发射架的侧面。因此发射塔回收助推器时，捕获臂将旋转到发射架的另一侧。助推器着陆时将使用9台发动机，在距离地面大约800米处关闭6台发动机，剩余3台发动机将使助推器保持垂直姿态。

在距离地面大约65米的高度，将再关闭2台发动机。当助推器的2/3落到机械臂之下时，助推器悬停，机械臂靠拢。机械臂将通过助推器栅格翼下突出的托握点和两侧的辅助稳定插口稳定助推器。最后机械臂旋转，将助推器放置到发射架上。

这种火箭回收方式只需在发射平台进行燃料补给和小修，即可实现快速连续发射。SpaceX公司希望通过这套新型着陆回收系统，缩减星舰飞船发射周期，降低发射成本，加快发射速度，从而实现星际移民。

三大“拦路虎”：准、强、稳

要想实现塔架抓取回收，还面临着三大“拦路虎”。

SpaceX公司通过夹住样品来测试塔臂功能

其一，塔架抓取回收需要被回收航天器具有极高的控制精度。与猎鹰9火箭相比，超重型助推器的一大优势是悬停能力，其配有33台猛禽发动机，可选的动力组合更加丰富，更容易将推重比稳定在1。这意味着超重型助推器可以在发射塔上保持悬停，并且有足够的时间调整飞行路径。

其二，与抓取机械臂对接的承重点需开展详细的载荷分析与结构设计，确保其具有足够的强度。通过公开的照片可以看出，在近期“星舰”团队开展的空中捕获助推器测试中，助推器测试件的外壳与机械臂接触部位出现了破坏。

这表明用机械臂抓取火箭存在很大风险，机械臂要在短时间内接近火箭并精准抓取，这对机械臂的精度要求极高。而且受到风力等因素的影响，实际操作环境可能会更加复杂。一旦箭体结构出现损伤，将大大降低发射效率，违背了“筷子夹火箭”的初衷。

其三，需通过机械臂上的减载、减振装置，实现稳定回收，避免重大整修。通过公开信息可知，“星舰”发射塔上的抓取机械臂安装了液压缓冲机构，用于在提升或回收助推器和星舰飞船时，承载分散一部分冲击力，保持助推器稳定。液压减震系统能否达到预期效果，也是回收任务成败的关键。

“筷子夹火箭”的回收方式虽然优势众多，但也面临着重重挑战。如果未来这种新型地面着陆回收系统能够成功发挥作用，将是地面支持技术的一大突破。

来源/中国航天报