首试即成功，SpaceX星舰的“筷子”式回收强在哪？|火箭_新浪财经

界面新闻记者｜马悦然

美国太空探索技术公司(SpaceX)又一次创造了历史，这次的火箭回收方式更是格外吸睛。

10月13日，SpaceX进行了星舰的第五次试飞，首次尝试用名为“筷子”的发射塔机械臂在半空中捕获助推器以实现回收。之后，二级成功溅落印度洋，圆满完成预定任务。

直播中，火箭发射六分钟后，一级超重型火箭与星舰脱离，之后返回被一对巨大的金属钳子夹在空中。这是星舰首创并首次使用“筷子式”的回收方式，类似于“倒放”一样的画面科幻感十足。

近年来，火箭回收方式经历了伞降回收、升力式回收到动力垂直回收的发展。因对现有火箭设计改动小、着陆精度高、适应性强等优点，动力垂直回收方式已成为中大型运载火箭回收的首选方式，其通过火箭自身的着陆腿垂直降落到着陆场。例如，SpaceX猎鹰9号就采用此种方式。

星际荣耀副总经理季海波对界面新闻记者称，用“筷子”回收方式的优势有三方面。

其一，无需在箭上安装沉重的着陆腿，系统更加简化。箭上着陆腿完全是为了回收的最后阶段而安装的附加装置，这种附加装置越少，火箭越优化。此外，由于星舰超重型助推器尺寸和重量较大，如果采用着陆腿方案，将容易造成火箭一子级重量的再度增加，以及运载能力的较大损失。

其二，可以大大提高火箭重复使用发射的效率。如果采用着陆腿方案，每一次发射回收均需要经历将火箭再次吊装、拆除着陆腿、运输到发射场、再次吊装到星舰发射台上的过程。星舰助推器很大，吊装运输都不易，其实会对火箭重复使用的效率有较大影响，而采用筷子夹持回收方案后，以上过程完全简化。可以直接在发射回收塔架上完成检查和星舰的再次对接总装，从而极大提高星舰的发射效率。

其三，“筷子”回收方案也省去了海上回收船系统，省去了海上运输的时间和风险，以及海上回收区天气对发射时间的影响。“返回发射塔架系统进行‘筷子’回收肯定也会损失一部分运载能力，但对于星舰+超重型助推器来说，运载能力已经足够大，比起收益，这点损失可以接受。”季海波称。

“用‘筷子’回收方式又快又轻。”星河动力创始人、CEO刘百奇也对界面新闻总结道，“轻”在于取消了着陆腿，减轻了火箭结构重量，提升了运载效率；“快”体现在火箭直接回到发射架上，直接开展检测维修、加注和再次发射，可以实现连续快速发射。此外，这种方式也提高了安全性可靠性，先悬停再夹住，避免了落地冲击和落地时站不稳等因素。

但“筷子”回收技术也有较大的难点。

季海波表示，第一，这种方式对成功率要求更高。由于星舰地面发射设施庞大且昂贵，如果超重型助推器在回收最后阶段出现失败甚至爆炸，会对这些发射设施造成损坏从而造成大的损失。为了避免出现这种情况，可以在超重助推返回发射回收塔架的飞行过程中对火箭持续进行故障诊断，同时对地面发射塔架系统状态进行判断来决定是否执行最终回收，如果发现故障则放弃回收，直接落海，但这也对箭上及地面的实时故障诊断系统提出了极高的要求。

“本次星舰第五飞，据说是由地面的发射任务总监在超重型返回飞行过程中，通过对飞行中的上千个数据的判决确定火箭正常，最终通过地面指令发送到箭上，决定其最终实施筷子回收。”季海波称。

第二，对控制的要求更高，主要是对着陆的精度要求更高。季海波称，着陆腿回收方式下，水平着陆精度在10m以内都可以保证成功，而筷子夹持回收方案精度至少要在1m以内。

“据SpaceX公司称，超重型助推器回收精度可达0.5cm，这个着陆精度非常高。”季海波称。

第三，“筷子”回收法对地面发射回收装置的相关技术要求同样很高，在夹持缓冲、火箭和夹持装置的精确联动技术等均是技术关键点。着陆腿回收，主要由火箭来实现，“筷子”回收方式则需要火箭和发射塔架系统共同且高时间同步联动实现。

季海波同时提及，火箭在飞行临近发射回收装置过程中的姿态也非常关键。如果姿态不佳，发动机可能会对发射回收装置产生烧蚀损坏，同样会造成夹持回收失败。着陆腿回收只需要在着陆瞬间满足着陆位置、速度、姿态及角速度的多维高精度要求，但“筷子”这种新型回收方案，需要在火箭飞临发射回收塔附近、短暂悬停直至最终夹持成功整个时间段内，都需要满足位置、速度、姿态及角速度的多维高精度要求。且需要发射塔架系统的筷子装置高时间同步性地去实现夹持功能。

据《环球时报》报道，“超级重型”火箭在降落过程中先是点燃9台“猛禽”发动机，其中6台在距离地面约800米时熄火关闭，剩余3台保持火箭垂直缓降状态。当火箭下降到约65米高度时，关闭其中2台发动机，保持缓慢下降状态。最后等待机械臂水平处在“超级重型”火箭约2/3的箭体位置时，火箭转入悬停，机械臂随即靠拢并将其捕获。随后机械臂将“超级重型”火箭放置到发射架上，以确保安全和稳定。

刘百奇对界面新闻记者称，国内可能会跟进这种技术研究，但是直接进入到工程型号研制，还需要论证。

目前，国内主要在学习猎鹰9号的回收方式，即两种垂直回收方式，包括返回发射场的陆上回收以及海上回收。与陆上回收相比，海上回收更灵活，但由回收船的晃动，对火箭姿态控制等要求更高。

猎鹰9号是SpaceX研制的可回收式中型运载火箭，于2010年6月4日完成首次发射，2015年12月21日首次完成回收。截至目前，猎鹰9号一级助推器成功实现超过300次回收。

季海波透露，也有公司在考虑“筷子”这种回收方案，客观来说，这种方案优势非常明显，但对成功的要求更高、技术难度更大。

“任何一个技术都有适用的条件，不会适用所有的火箭。”刘百奇认为。

在季海波看来，“筷子”回收方案没有无法突破的技术难点，中国飞行器制导控制水平完全能够达到这个要求，主要需要一定的资金和负责任的魄力去完成。马斯克的快速迭代能力除了技术方案的自信，更重要的是充裕经费的结果。

他认为，星舰这次发射全面圆满成功，会极大降低进入太空的成本。理论上如果可以无限次重复使用的话，除去燃料成本外，其他成本可以接近0。

“据称星舰未来要将成本控制在几百万美元以内，这样，火箭发射单位成本可以降低到每公斤100美元以内，这绝对是颠覆性的。”季海波称，星舰第五飞的完美表现在航天领域具有里程碑的意义，绝对会极大促进整个航天产业的发展，大航天时代越来越近了。

星舰是迄今全球体积最大、推力最强的运载火箭，总高度约120米，直径约9米，火箭由两部分组成，分别是一级助推器“超重型推进器”(Superheavy)和二级飞船“星舰”(Starship)，该火箭的设计目标是将人和货物送至地球轨道、月球乃至火星，能够完全且快速重复使用火箭，将大幅减少将货物或人员运送到地球轨道和深空的时间和成本。

在此前四次试验中，SpaceX星舰每一次都相较于上一次有所进步。

2023年4月首次试飞时，火箭在第一、二级分离前爆炸。2023年11月第二次试飞时，火箭第一、二级成功分离，但随后助推器和飞船先后爆炸。

今年3月第三次试飞时，星舰第一、二级成功分离，但助推器在尝试着陆点火后意外解体，飞船再入大气层时失联。6月第四次试飞时，火箭第一、二级成功分离，并分别按计划落入墨西哥湾和印度洋。

针对第四次试飞时星舰在重返大气层时出现的隔热瓦损坏问题，第五次发射时，该飞船重新修改了隔热防护并增加了额外的隔热瓦层数，给飞船提供更好的保护。

星舰对实现马斯克的“火星计划”以及NASA的阿尔忒弥斯载人航天项目而言来说至关重要。今年9月，马斯克曾发文称，计划在下一个探测火星的发射窗口期进行星舰不载人探测火星任务。此次任务将验证飞船完整着陆火星的可靠性。如果着陆顺利，计划四年内进行星舰的首次载人探测火星任务。