2020年12月30日，當(dāng)“星艦”還在研究階段、距離發(fā)射還很遙遠(yuǎn)時(shí)，就有人在社交媒體上詢(xún)問(wèn)SpaceX創(chuàng)始人馬斯克，“星艦”的超重型助推器是否會(huì)像“獵鷹9”火箭助推器一樣著陸。馬斯克回復(fù)說(shuō)，我們將用發(fā)射塔機(jī)械臂抓住它。

當(dāng)時(shí)，不少人覺(jué)得這一想法“天馬行空”。“星艦”的超重型助推器高度約70米，直徑達(dá)到9米，用什么機(jī)械臂才能抓到這么個(gè)飛行中的大家伙？

現(xiàn)在，答案已經(jīng)揭曉。北京時(shí)間10月13日晚上8時(shí)25分，“星艦”火箭第五次試飛發(fā)射。約7分鐘后，其超重型助推器成功穿越大氣層、返回發(fā)射塔，被兩個(gè)機(jī)械臂（被馬斯克比作“筷子”）牢牢夾住，幾乎完美實(shí)現(xiàn)了馬斯克當(dāng)初的計(jì)劃。

可是，為何一定要夾住返回的助推器？讓它落到海里，或者效仿“獵鷹9”火箭落在著陸臺(tái)上，不是更簡(jiǎn)單嗎？

“萬(wàn)向推力”發(fā)動(dòng)機(jī)精確懸停

根據(jù)此次試飛的記錄，“星艦”助推器在著陸最后階段、距離地面約2000米時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)13臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)減速。這些發(fā)動(dòng)機(jī)具備“萬(wàn)向推力”能力，即噴嘴可以旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方向，以控制助推器姿態(tài)和飛行軌跡。待降落到一定高度后，外圍發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，中心位置的3臺(tái)繼續(xù)工作，使助推器進(jìn)一步減速并幾乎垂直落在兩根“筷子”中間。在距離地面約幾十米高度時(shí)，助推器在發(fā)射塔前垂直懸停。幾秒鐘內(nèi)，“筷子”微微移動(dòng)并牢牢抓住助推器柵格翼下方的銷(xiāo)釘，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)。

該過(guò)程技術(shù)難度并不在于機(jī)械臂的靈巧或強(qiáng)大，而是在于如何將龐大的助推器精確懸停在兩根“筷子”之間，稍有偏差就會(huì)砸在“筷子”上。

據(jù)報(bào)道，“星艦”助推器著陸精度更高的一個(gè)原因可能是其助推器足夠重，可以控制得更精確。當(dāng)然，先進(jìn)的“萬(wàn)向推力”發(fā)動(dòng)機(jī)也可能發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

航天工程技術(shù)上的突破

在2019年，馬斯克曾表示，一個(gè)“星艦”助推器一天可發(fā)射20次，也就是一個(gè)小時(shí)左右發(fā)射一次。

要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，使助推器落回發(fā)射塔，就地檢修、加注和再發(fā)射幾乎是唯一的選擇。即使是在發(fā)射塔附近的著陸臺(tái)降落，如此巨大的火箭助推器，必然需要更為龐大的起重機(jī)、運(yùn)輸車(chē)等設(shè)備進(jìn)行吊裝和運(yùn)輸。這一過(guò)程耗時(shí)恐怕都要以小時(shí)計(jì)。而降落在海里的打撈、清洗和運(yùn)輸則更為復(fù)雜。

那么，為何不能直接在發(fā)射臺(tái)地面上著陸，而是要采用看起來(lái)更復(fù)雜的“筷子夾火箭”模式？

答案就是呈細(xì)長(zhǎng)圓柱狀的火箭助推器要在地面上著陸，必須安裝著陸支架，以防止助推器在著陸時(shí)因振動(dòng)而傾倒。但支架會(huì)增加火箭重量，消耗更多燃料，馬斯克曾解釋說(shuō)，不用支架可以減少“星艦”重量和成本。

同樣關(guān)鍵的是，“獵鷹9”助推器上的著陸支架是“一次性”的，每次著陸后都要檢修和翻新。對(duì)“獵鷹9”來(lái)說(shuō)，由于其以液氧煤油為燃料，兩次發(fā)射間需要徹底清洗發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)段換一個(gè)著陸支架不會(huì)消耗額外時(shí)間。而“星艦”則以液氧甲烷為燃料，簡(jiǎn)單維護(hù)即可再發(fā)射，若更換支架會(huì)導(dǎo)致時(shí)間浪費(fèi)。

總之，即使是在世界范圍內(nèi)，“筷子夾火箭”也堪稱(chēng)是一種航天工程技術(shù)上的突破。無(wú)論是對(duì)SpaceX，還是對(duì)馬斯克來(lái)說(shuō)，他們都朝著理想又邁出了重要一步。