星艦五飛：一舉實(shí)現(xiàn)“筷子”夾火箭（下）

獨(dú)門兵器，鐵臂擎天

星艦放棄“大長(zhǎng)腿”自立門派，離不開“獨(dú)門兵器”——軌道發(fā)射集成塔的支撐。這座巨型機(jī)械裝置不僅負(fù)責(zé)星艦的發(fā)射，還能精準(zhǔn)“接住”返回的超重型火箭（或星艦飛船），用它的鋼鐵臂膀，書寫著人類航天的新篇章。因?yàn)樾桥炏到y(tǒng)整體高度和美國電影史上著名的怪獸哥斯拉的高度相當(dāng)，所以軌道發(fā)射集成塔被形象地稱為機(jī)械哥斯拉（Mechazilla）。這座機(jī)械哥斯拉由三大核心部分組成：

（1）發(fā)射塔架——星艦的“擎天柱”

發(fā)射塔架是一個(gè)高達(dá)146米的鋼鐵巨人，由9個(gè)巨型桁架結(jié)構(gòu)單元“疊羅漢”拼接而成。它既能在發(fā)射前穩(wěn)穩(wěn)托住重達(dá)數(shù)千噸的星艦組合體，也是超重型火箭及星艦飛船返回時(shí)的重要支撐。工程師們?cè)谶@個(gè)鋼鐵巨人身上安裝了各種關(guān)節(jié)——機(jī)械臂、快速斷開臂和吊裝設(shè)備，讓星艦的發(fā)射和回收更加高效、安全。

（2） 機(jī)械臂—— 巨型“筷子”

我們常說的星艦的“ 筷子” 其實(shí)是由兩只鋼鐵巨臂構(gòu)成的抓取機(jī)械臂。你可別小看它們，每只機(jī)械臂長(zhǎng)36米、高18米， 能輕松抓起700噸的重物，相當(dāng)于140頭大象的重量！更神奇的是，它們就像變形金剛的手臂，可以沿著發(fā)射塔架自由升降，靈活調(diào)整角度，對(duì)超重型火箭和星艦飛船進(jìn)行升降、總裝等操作。在超重型火箭和星艦飛船返回時(shí)，這雙鋼鐵“筷子”會(huì)精準(zhǔn)出擊，穩(wěn)穩(wěn)“接住”龐然大物，確保它安全回收，并迅速準(zhǔn)備下一次發(fā)射。

“筷子”包括擺臂和托架兩個(gè)主要部分，擺臂在星艦總裝或返回時(shí)提供有力支撐， 托架將“ 筷子”固定在發(fā)射塔架上，并幫助它們沿著塔架上下滑動(dòng)。

（3）快速斷開臂——星艦的“智能臍帶”

快速斷開臂是連接和斷開星際飛船和超重型火箭與地面系統(tǒng)的組件，特別是燃料管線、電氣連接和其他重要系統(tǒng)。它是星艦在地面的“智能臍帶”，不僅能像加油站的油槍一樣為星艦加注燃料，還能像數(shù)據(jù)線一樣傳輸電力和通信鏈路。快速斷開臂上配置有快速斷開裝置，能像變形金剛的關(guān)節(jié)接口一樣快速分離。當(dāng)星艦準(zhǔn)備發(fā)射時(shí)，它會(huì)用“觸手”般的管線緊緊擁抱飛船，完成燃料加注和系統(tǒng)檢測(cè)；當(dāng)火箭點(diǎn)火升空時(shí)，它又會(huì)像松開風(fēng)箏線一樣快速斷開連接。當(dāng)星艦返回后，這套系統(tǒng)能快速重新連接，協(xié)助燃料補(bǔ)給，為下一次發(fā)射做好準(zhǔn)備，真正實(shí)現(xiàn)“太空航班”的快速周轉(zhuǎn)。

神乎其技，妙手擒龍

馬斯克曾調(diào)侃說，機(jī)械哥斯拉在空中捕獲星艦，就像用筷子夾起一小塊壽司一樣。雖然大家都叫它“筷子”夾火箭，但實(shí)際上這巨型“筷子”并不會(huì)像夾壽司那樣，把火箭箭體直接“夾住”。腰圍達(dá)到9 米的超重型火箭雖然外殼是不銹鋼材質(zhì)，但是只有不到4毫米厚，這個(gè)“薄皮大餡”的龐然大物絕對(duì)經(jīng)不起“筷子”隨意一“夾”?！翱曜印币膊皇峭ㄟ^“卡”住火箭上那四個(gè)像網(wǎng)格一樣的“翅膀”——柵格翼來接住火箭。真正被“筷子”鎖定的，是柵格翼下方不遠(yuǎn)處的兩個(gè)小小的捕獲銷。這對(duì)不起眼兒的倒L 形“掛鉤”藏在超重型火箭的燃料貯箱上，雖然個(gè)頭兒小，卻是完成“妙手擒龍”任務(wù)的關(guān)鍵角色！

超重型火箭的回收過程像是一場(chǎng)令人驚嘆的高空雜技表演。在發(fā)射升空2分多鐘后，它像跳水運(yùn)動(dòng)員一般，在空中優(yōu)雅地調(diào)頭返航。這時(shí)，13臺(tái)“猛禽”發(fā)動(dòng)機(jī)齊噴藍(lán)色火焰，調(diào)整姿態(tài)。距離地面800米時(shí)，10臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，就像給狂奔的野馬勒緊韁繩，火箭的下落速度瞬間放緩。當(dāng)火箭下落到約65米高時(shí)，又有2 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，只留1臺(tái)繼續(xù)讓火箭保持垂直，緩緩下降。在下降的過程中，火箭兩側(cè)的黑色柵格翼展開，像4 把鏤空的折扇。這些由細(xì)格子組成的金屬翅膀不僅能利用空氣阻力減速，還能像飛機(jī)的機(jī)翼一樣調(diào)整方向，確保火箭精準(zhǔn)進(jìn)入“筷子”的接收區(qū)域。

火箭的三分之二部分進(jìn)入“筷子”的懷抱后，會(huì)短暫停留在空中玩一把“定格”游戲。兩根“筷子”立即靠攏，當(dāng)它上面的兩條著陸導(dǎo)軌與火箭底部的倒L 形捕獲銷對(duì)齊時(shí)，火箭緩緩下落，被“筷子”穩(wěn)穩(wěn)接住。火箭并不是直接降落在發(fā)射塔架上方，而是在發(fā)射塔架的側(cè)面被抓取，這樣可以避免因抓取失誤而砸壞發(fā)射塔架?！翱曜印苯幼』鸺?，還要輕輕旋轉(zhuǎn)，把火箭放回發(fā)射塔架，等待下一次起航。

所以，拆解“筷子”夾火箭這門絕技后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它更像是“筷子”接火箭！真正起作用的，是精準(zhǔn)的對(duì)接和精妙設(shè)計(jì)的“掛鉤”。

險(xiǎn)關(guān)重重，降龍有術(shù)

施展“筷子”夾火箭絕技，上演高空“夾娃娃”，可以說是人類航天史上最驚險(xiǎn)的雜技表演，險(xiǎn)關(guān)重重，難度極高。

首先，這對(duì)火箭的返回精度要求極高。它的回收掛點(diǎn)只是火箭燃料箱側(cè)面的兩個(gè)小小的捕獲銷，稍有偏差，就可能導(dǎo)致火箭在發(fā)射塔架上傾倒甚至爆炸。因此，超重型火箭必須精準(zhǔn)飛回發(fā)射臺(tái)，并與“筷子”完美配合，確保既能牢牢掛住，又不至于夾碎關(guān)鍵部位。這可是比“千里穿針”還要難！

其次，“筷子”的精度和靈活性至關(guān)重要。火箭返回時(shí)，受風(fēng)力、氣流等因素影響，實(shí)際軌跡可能與計(jì)算軌道有所偏差。機(jī)械臂不僅要迅速調(diào)整位置，還需要在短時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)出擊，就像棒球手接住高速飛來的球一樣，任何失誤都會(huì)導(dǎo)致火箭墜毀。

再者，失敗的風(fēng)險(xiǎn)不容小覷。若回收失敗，輕則砸壞發(fā)射臺(tái)，重則火箭失控，對(duì)周圍設(shè)施造成嚴(yán)重破壞。

馬斯克曾預(yù)測(cè)，“筷子”夾火箭的首次成功率僅為50%——要么穩(wěn)穩(wěn)接住，要么變成價(jià)值連城的煙花秀！

那么，SpaceX是如何做到降龍有術(shù)，確保捕獲過程順利進(jìn)行的？讓我們一起來揭秘實(shí)現(xiàn)“筷子” 夾火箭背后的秘密武器！

（1）千里眼——先進(jìn)的跟蹤系統(tǒng)

超重型火箭在下降時(shí)的速度可以超過每小時(shí)8000千米，實(shí)時(shí)跟蹤對(duì)于成功回收至關(guān)重要。將高分辨率攝像頭與LiDAR（光檢測(cè)和測(cè)距）技術(shù)結(jié)合，相當(dāng)于為火箭回收配備了千里眼，實(shí)時(shí)跟蹤火箭下降軌跡，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)。系統(tǒng)會(huì)在毫秒級(jí)別的時(shí)間內(nèi)計(jì)算出最佳捕獲參數(shù)，確保機(jī)械臂精準(zhǔn)對(duì)接。

（2）聰明的溫柔鐵手——機(jī)智、靈活又穩(wěn)定的機(jī)械臂

機(jī)械臂能夠在發(fā)射塔軌道上下移動(dòng)，靈活地接近、抓取降落中的火箭，并根據(jù)風(fēng)速、大氣擾動(dòng)、火箭降落時(shí)的位置變化等因素隨時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。它的末端藏著神奇的由鉸接式夾鉗組成的“手指”，能實(shí)現(xiàn)精密的軟抓取，像用吸管吸住飲料瓶一樣牢牢固定住火箭，同時(shí)用機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)穩(wěn)托住，既不會(huì)捏壞火箭，又能抓得穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)，溫柔又有力！

為保持穩(wěn)定，機(jī)械臂安裝了“液壓彈簧”，就像汽車避震器一樣，能在抓取火箭瞬間分散沖擊力。機(jī)械臂上也配備了緩沖層，以免抓傷箭體。更厲害的是，SpaceX還借助人工智能提升機(jī)械臂的適應(yīng)能力?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)用了機(jī)器學(xué)習(xí)算法，不斷分析過往著陸數(shù)據(jù)，提前“腦補(bǔ)”火箭的降落軌跡。仿佛一位下棋高手提前想好三步棋，這雙聰明的溫柔鐵手能快速優(yōu)化抓取火箭的方法，找到最佳方案。

（3）嚴(yán)格的安全機(jī)制

在火箭返回途中，系統(tǒng)會(huì)對(duì)它和機(jī)械哥斯拉進(jìn)行數(shù)千項(xiàng)檢查，以確認(rèn)滿足數(shù)以千計(jì)的安全標(biāo)準(zhǔn)。只有在超重型火箭和發(fā)射塔運(yùn)行正常、狀態(tài)良好的情況下，由發(fā)射任務(wù)總監(jiān)確認(rèn)并發(fā)送指令，才會(huì)讓火箭返回發(fā)射塔，嘗試空中抓取。反之，如果出現(xiàn)了狀況，例如燃料泄漏，甚至有人誤闖著陸區(qū)等，火箭不會(huì)回來，將自動(dòng)啟動(dòng)“海上跳水”模式，安全墜入墨西哥灣。

SpaceX表示，工程師花費(fèi)了數(shù)年時(shí)間做準(zhǔn)備，花費(fèi)了數(shù)月時(shí)間測(cè)試超重型火箭回收，技術(shù)人員投入了數(shù)萬小時(shí)來構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施，以最大限度地提高成功率。正因?yàn)槿绱耍翱曜印眾A火箭才能首次嘗試便一舉成功。在這個(gè)令人激動(dòng)的時(shí)刻，全世界一起見證了未來星艦在執(zhí)行地球、月球、火星及更遠(yuǎn)距離任務(wù)時(shí)的模樣，人類航天史翻開了新的篇章。從天空中抓取巨型火箭不再是科幻情節(jié)，SpaceX正將看似瘋狂的設(shè)想一步步變成現(xiàn)實(shí)，為未來的太空探索鋪平道路。