美新一代重型運載火箭“星艦”第5次試飛引關注

　　美新一代重型運載火箭“星艦”第5次試飛引關注

　　“筷子夾火箭”難在哪?

　　■少 謀　　

太空探索技術(shù)公司“星艦”火箭的一級助推器返回發(fā)射工位(合成圖)。

　　北京時間10月13日，美國太空探索技術(shù)公司新一代重型運載火箭“星艦”進行第5次飛行試驗。本次試飛有兩重目標，一是“超級重型”一級助推器原位返回發(fā)射場，利用發(fā)射塔架上的機械臂對其進行捕捉回收;二是“星艦”二級飛船在印度洋上實現(xiàn)10米級精準軟著陸。

　　從試驗過程看，發(fā)射后約7分鐘，一級助推器返回發(fā)射工位，被發(fā)射塔架上的機械臂捕獲回收。二級飛船繼續(xù)飛行，約40分鐘后，開始再入返回，隨后濺落在南印度洋預定區(qū)域。至此，“星艦”火箭的第5次飛行試驗達到預定目標，獲得成功。

　　本次飛行試驗的最大看點是發(fā)射塔架上的機械臂捕獲、回收一級助推器，這一過程被形象地稱為“筷子夾火箭”。“星艦”火箭的一級助推器為何采用這種回收方式，其技術(shù)難點有哪些，又有何重要應用?

　　“星艦”火箭與其他運載火箭最大的不同，在于其一級助推器和二級飛船均可重復使用。其中，二級飛船采用獵鷹9號火箭的海上回收方式。一級助推器則未采用這種回收方式，而是直接返回發(fā)射工位。直接返回發(fā)射工位的回收方式具有許多優(yōu)勢，一方面不必建造大型駁船，節(jié)省成本;另一方面，回收的一級助推器僅需簡單的測試維護，就能再次投入使用，縮短了重復使用周期。不過，直接返回發(fā)射工位的一級助推器需要消耗更多推進劑，對整個“星艦”火箭的運載能力造成影響。好在運力損失可由發(fā)射次數(shù)彌補，因此“星艦”火箭在總體上仍能達到降低發(fā)射成本的目的。

　　本次測試中，二級飛船在南印度洋實現(xiàn)再入返回和軟著陸，展示了可重復使用技術(shù)的應用前景。與一級助推器在分離點的速度在2千米/秒不同，二級飛船再入返回時的速度高達7千米/秒。如此高速的二級飛船要實現(xiàn)軟著陸，需要利用大氣層摩擦為其減速。因此，二級飛船放棄了獵鷹9號火箭成熟的鋁鋰合金設計，采用耐熱性更高、結(jié)構(gòu)強度更優(yōu)的不銹鋼作為艦體材料。同時，二級飛船在返回著陸段，通過調(diào)整發(fā)動機推力實現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整和軟著陸。由于二級飛船的體積小于一級助推器，因此返回著陸時未采用“筷子”式回收裝置，而是利用尾段的6個支腿(俗稱“板凳”)，實現(xiàn)在著陸場的平穩(wěn)降落。采用這種方式回收的二級飛船對降落地的基礎設施要求不高，甚至不需要機場，只要有類似直升機坪那樣的小塊平整場地，就能實現(xiàn)降落。因此，未來“星艦”火箭不僅能夠用于執(zhí)行在軌發(fā)射任務，將載荷送入預定軌道，還能執(zhí)行全球點對點快速運輸任務。

　　分析認為，太空探索技術(shù)公司通過“筷子+板凳”的模式，探索近地空間大規(guī)模低成本運輸技術(shù)，這種新的航天運輸模式受到外界廣泛關注?！靶桥灐被鸺脑O計初衷是通過在軌加注等方式，實現(xiàn)星際間快速往返，因此要求簡化發(fā)射設施，間接孵化了像“筷子”“板凳”這樣的新技術(shù)。

　　總體看，“星艦”火箭的第5次飛行試驗初步探索出提高發(fā)射效率、降低發(fā)射成本的新途徑，需繼續(xù)測試其技術(shù)可靠性。美國宇航局將“星艦”火箭納入“阿爾忒彌斯”載人重返月球計劃，太空探索技術(shù)公司視其為登陸火星的工具。其未來發(fā)展值得繼續(xù)關注。