美新一代重型运载火箭“星舰”第5次试飞引关注“筷子夹火箭”难在哪？

中国国防报太空探索技术公司“星舰”火箭的一级助推器返回发射工位（合成图）。北京时间10月13日，美国太空探索技术公司新一代重型运载火箭“星舰”进行第5次飞行试验。本次试飞有两重目标，一是“超级重型”一级助推器原位返回发射场，利用发射塔架上的机械臂对其进行捕捉回收；二是“星舰”二级飞船在印度洋上实现10米级精准软着陆。从试验过程看，发射后约7分钟，一级助推器返回发射工位，被发射塔架上的机械臂捕获回收。二级飞船继续飞行，约40分钟后，开始再入返回，随后溅落在南印度洋预定区域。至此，“星舰”火箭的第5次飞行试验达到预定目标，获得成功。本次飞行试验的最大看点是发射塔架上的机械臂捕获、回收一级助推器，这一过程被形象地称为“筷子夹火箭”。“星舰”火箭的一级助推器为何采用这种回收方式，其技术难点有哪些，又有何重要应用？“星舰”火箭与其他运载火箭最大的不同，在于其一级助推器和二级飞船均可重复使用。其中，二级飞船采用猎鹰9号火箭的海上回收方式。一级助推器则未采用这种回收方式，而是直接返回发射工位。直接返回发射工位的回收方式具有许多优势，一方面不必建造大型驳船，节省成本；另一方面，回收的一级助推器仅需简单的测试维护，就能再次投入使用，缩短了重复使用周期。不过，直接返回发射工位的一级助推器需要消耗更多推进剂，对整个“星舰”火箭的运载能力造成影响。好在运力损失可由发射次数弥补，因此“星舰”火箭在总体上仍能达到降低发射成本的目的。本次测试中，二级飞船在南印度洋实现再入返回和软着陆，展示了可重复使用技术的应用前景。与一级助推器在分离点的速度在2千米/秒不同，二级飞船再入返回时的速度高达7千米/秒。如此高速的二级飞船要实现软着陆，需要利用大气层摩擦为其减速。因此，二级飞船放弃了猎鹰9号火箭成熟的铝锂合金设计，采用耐热性更高、结构强度更优的不锈钢作为舰体材料。同时，二级飞船在返回着陆段，通过调整发动机推力实现姿态调整和软着陆。由于二级飞船的体积小于一级助推器，因此返回着陆时未采用“筷子”式回收装置，而是利用尾段的6个支腿（俗称“板凳”），实现在着陆场的平稳降落。采用这种方式回收的二级飞船对降落地的基础设施要求不高，甚至不需要机场，只要有类似直升机坪那样的小块平整场地，就能实现降落。因此，未来“星舰”火箭不仅能够用于执行在轨发射任务，将载荷送入预定轨道，还能执行全球点对点快速运输任务。分析认为，太空探索技术公司通过“筷子+板凳”的模式，探索近地空间大规模低成本运输技术，这种新的航天运输模式受到外界广泛关注。“星舰”火箭的设计初衷是通过在轨加注等方式，实现星际间快速往返，因此要求简化发射设施，间接孵化了像“筷子”“板凳”这样的新技术。总体看，“星舰”火箭的第5次飞行试验初步探索出提高发射效率、降低发射成本的新途径，需继续测试其技术可靠性。美国宇航局将“星舰”火箭纳入“阿尔忒弥斯”载人重返月球计划，太空探索技术公司视其为登陆火星的工具。其未来发展值得继续关注。（少谋）