SpaceX發明“筷子夾火箭”技術,原因主要涵蓋以下兩個方面: 一、現有火箭著陸腿存在的問題
以獵鷹九號火箭為例,其一級助推器配備了4個由碳纖維和蜂窩鋁材料製成的著陸腿。
在著陸前,這些著陸腿會打開以保障助推器平穩著陸。然而,這些著陸腿屬於無效載荷,會耗費大量燃料。
“筷子夾火箭”技術能夠避免著陸腿這部分無效載荷的存在,從而達到節省燃料的目的。 二、現有回收方式的不便及“筷子夾火箭”技術的優勢
獵鷹九號助推器著陸後,無論是降落在海上還是陸上,都需要耗費大量時間運回維修中心進行檢查翻新,之後再花費時間運輸到發射場準備發射。
這一過程與SpaceX快速迭代的理念不相契合。
“筷子夾火箭”技術可將發射場轉變為檢修中心,火箭著陸後能原地進行檢查翻新,無需再耗費時間用於轉運。
按照SpaceX的理念,未來每一艘星艦都如同一輛輛班車,將會高頻往返於太空與地球。
現行的“傳統”回收模式無法滿足這一需求,只有“筷子夾火箭”技術能夠實現。
因為大部分國內自媒體對第五次回收的理解存在偏差,創造了“筷子夾火箭”這個詞來比喻此次回收過程。
央視相對嚴謹,採用的是“捕獲”回收火箭的表述,而很多自媒體則使用“機械臂精準夾住火箭”這樣的描述詞。
從遠距離視訊來看,機械臂合攏的同時火箭下降,似乎的確是“夾住”的。
但實際上,這兩個護臂更像是“雙槓”或者“撥桿”,而非“筷子”。
從停靠後的近距離鏡頭可以明白,火箭是“落在”了提前幾秒合攏的支架壁上,應該是“托住”的,而非“夾住”的。
說白了,火箭停靠穩定後,不需要側向的摩擦阻力,只有上下的支撐受力。
如果一定要用“筷子比喻”,這個過程更像是試圖撈一隻碗裡的湯圓,一用力湯圓就爆了,只能把筷子伸到湯圓下面,輕輕把它撥到筷子之間,從碗裡“托”起來,而不能“夾”起來。
另外,不要以為那四個平衡翅是“掛住”火箭的承力點。從視訊可以更明顯地看到,四個平衡尾翼沒有直接接觸到稱重臂上,受力點在下方。
實際上,“接住”助推火箭的,是火箭機身上的兩個小支撐器,和火箭尾翼對比,要小得多,所以從遠處看不到。
SpaceX之前提到,這次回收的精準度能達到0.5釐米。
正因為實現了“五毫米”的精準,所以這個支撐桿無需做得很大。而兩邊回收架上大橫臂收攏的過程受到精準控制,看起來正在“夾”助推火箭,實際上與“夾”無關,只是在火箭下落過程中,同步運動到指定位置,等待“托起”火箭。
在姿態調整過程中,承擔約束作用,確保降點正確。在火箭調整好姿態後,隨著助推器熄火,箭體被輕輕“放”在了兩側的支撐臂上。
此時,整個火箭結構不受到任何側向“夾力”,只有前面提到支撐點的向上的“托舉”力。
所以說,這兩個臂更像“雙槓”,調整位置並支撐火箭,不負責側向的摩擦停止,也就不會“夾壞”火箭。
人的行走速度是五公里每小時。火箭最後落下的時候,移動速度還不到人類行走速度的五分之一。
實際上很可能後來落在架子上時,減速到了更精準的程度,只不過小於一公里時速,已經無法顯示了。
要知道,在距離地面三公里的時候,這個速度還是734公里每小時,是高鐵速度的兩倍。
在短短三十多秒,最後三公里的降落高度內,這個速度被下方精準控制的推進器降低到了零。
這裡的零不是推進器強大就行,如果噴射的力量大了,速度可能變成負數,向上衝。
這個“速度零”需要噴射口推進的速度恰好和自重抵消,使火箭相對降落速度變為零。可以想像這個“懸停”技術的難度。
所以,整個回收過程應該和“夾”沒有任何關係。
因為控制得太精準了,所以看起來快速收攏等待托舉火箭的支撐臂好像在夾火箭,而實際上,火箭不是被“夾住”,而是在助推器的精準降速下,在空中近乎懸停,然後火箭兩邊的支架合攏,在毫米級的距離恰好“接住”,掛在那裡。
除了真正受力的那兩個圓柱,其他部分不需要受力。
“筷子夾火箭”本質上和火箭可重複回收一樣,是一種技術突破且唯一方案。 為什麼星艦採用“筷子夾火箭”呢?
因為星艦一級的重量高達260多噸,能支撐起這種火箭的著陸腿本身質量就不小,如果省下來就能將運力給商業載荷,實現利益最大化。
如果不能成功研發“筷子夾火箭”怎麼辦?
該裝著陸腿當然繼續裝……可是研發成功了呀……
如果未來馬斯克和SpaceX團隊研發出了性能更加優秀的發動機,或者在現有不鏽鋼材料基礎上研發出了更輕更便宜的箭體材質。
同時在未來的發射中出現一些回收事故,那麼也有可能考慮到“筷子夾火箭”的風險性,最終還是把著陸腿安裝回來,也不是沒有可能。
不過按照馬斯克的風格,很有可能即使真的到了那一天,他依然選擇不要著陸腿,而是採用“筷子夾火箭”,因為這樣可以最大程度壓榨運力。
獵鷹九助推器降落海上平台,運回來要2 - 3天,拖上陸地檢測,一枚獵鷹九的助推器從發射到再次發射,中間間隔20 - 30天,馬斯克只能靠20多枚助推器輪流發射以保證每2.7天發射一次!
陸地上回收的獵鷹九也差不多,主要是因為清理煤油積碳問題……但馬斯克覺得,還是太慢!
他急得不行,他要一小時內重複發射,這就不得不讓助推器直接飛回發射台!
精準落於目的地以及在目標高度把速度降到零對星艦來說是一個必須做到的事,不管是不是用“筷子”,都要做到。
在這個前提下,使用“筷子”回收還是落到地面上,難度其實相差不大,甚至於落於地面的難度可能更大一點。
星艦也必然會設計落地回收版本。“筷子”回收的最大原因還是因為可以高效周轉,不需要從地面再運輸到發射架上。
再者,安全這事,看起來重要,只是從來都是及格就好,不會去追求極致,各個行業其實都差不多,包括大家常見的車也是如此。
但其他很多方面會追求極致,比如成本,比如效率。
這次回收的superheavy,70米長直徑9米,尺寸接近於大理崇聖寺三塔最大的千尋塔,建議現場體會一下這個古塔的尺寸,然後想想這東西從天上掉下來,怎麼回收比較好辦。 (AI光子社)