馬斯克的團隊一直以來都有腦洞大開的創意。在率先實現火箭的一級重復使用回收之后,馬斯克的星艦團隊又開始嘗試更新穎的回收方法。馬斯克日前公開表示,在星艦的第5次發射測試時,一級火箭將嘗試使用發射塔架上的機械臂直接回收,也就是被外界戲稱為“筷子回收”的火箭回收方案。
星艦準備直接用機械臂抓取火箭
星艦團隊的公開說法是:發展“筷子回收”的主要動機就是為了實現火箭的快速復用。一火箭在完成任務后,由塔架機械臂接住,然后簡單檢修重新加入燃料即可快速發射。為了進行這項驗證工作,現在星艦團隊已經開始將一臺助推火箭運到發射塔臺、并用發射架上的機械臂進行抓取測試。不過根據最新的情況顯示,這個抓取結果似乎是不太妙——照片清晰的顯示,火箭的外殼被機械臂給夾癟了。
如果這是在實際回收中發生的事件,這也意味著這枚一級火箭被夾報廢了。或者最低也要送回生產線進行大修。用機械臂直接抓取火箭本意是為了火箭的快速復用,但是如果將火箭給夾壞了,就事與愿違起到了相反的作用。
可能有人覺得這是第一次操作是比較意外,但至少可以表明:用機械臂直接抓取火箭是存在著很大風險的:即便以后有進一步的軟硬件改良,但是這個方案的風險性不容回避。畢竟火箭懸停的時間就那么短,然后機械臂要在如此倉促的時間內,接近火箭進行精準的抓取,這對機械臂的靈活性要求極高。而且由于風力等因素的影響,實際操作環境可能會更加復雜。
可能有人會問:既然用機械臂夾火箭這種回收方案的潛在問題比較嚴重,那為什么不和現在的獵鷹9火箭那樣,直接給星艦火箭上面安一個著陸腿呢,這樣火箭將能直接落在地面上,豈不更簡單?其實一開始星艦也是準備使用起落架的,但是星艦協和很快發現一個問題,就是猛禽發動機的推力過大,如果用起落架那么它的高度必須足夠高,否則發動機噴出的尾焰在接近地面時會反彈傷及艦體。這個著陸腿有多高呢?這個,看一下星艦的高腳發射臺就知道了!拖著這么一個巨大的著陸架是很不合理的,所以實現火箭的空中回收就顯得相當必要了。
既然用機械臂直接抓取火箭有夾壞的可能,用起落架又顯得過于笨重,那么有沒有什么別的選擇方法呢?還真有! 這不,咱們中國人也提出了不少創意,其中有一個就是“火箭拋索式回收”方案。這個方案預見到了馬斯克的機械臂有夾壞火箭的可能,于是在火箭接近回收機械臂時,會用小型火箭拉出一條和多條回收索,之后由機械臂快速夾取。由于在這個過程中,機械臂與火箭始終保持著安全距離,因此幾乎也就不存在機械臂會夾壞火箭的可能。
相比之下,咱們這個拋索式火箭回收方案,要比馬斯克的“筷子回收”更安全更可行。
下面這個是單索上拋回收示意圖。
從上面這個動圖可以看出,本方案只需在火箭的頂部安裝由小火箭牽引拋出的吊索就可以了。回收時火箭先飛到回收機械臂的下方,之后小火箭將吊索向上拉出,而機械臂則快速合攏夾住吊索。索頭部分和機械裝置可以防止吊索滑脫。之后火箭關閉發動機,回收機械臂鎖緊吊索實現火箭的空中回收。
小火箭拉出吊索
小火箭拉出吊索
探桿推出吊索
下面是火箭雙拋索回收示意圖。
從上面這個動圖可以看出,火箭先飛到二個回收機械臂的中間,之后由二個小型火箭將二條吊索拋出,兩端的機械臂快速合攏鎖緊吊索端頭。之后火箭關閉發動機,完成空中回收作業。
星艦本體的拋索回收示意圖
從上面的動圖可以看出,星艦本體也可以用拋索回收的方式進行空中加收。這可能比機械臂直接支撐星艦翼舵的方案更可靠。從之前直播的畫面可以看出:星艦的鋼結構翼面在重返大氣層時,在高溫氣流的作用下已受到嚴重的破壞。下一步如果能夠能讓翼面經受高溫氣流考驗已經很不簡單了。如果想要在這個基礎上,讓氣動翼承受百噸的箭體重量而不被機械臂損壞實在是勉為其難。相比之下,用機械臂直接夾取回收索是更簡單可靠。
火箭拋索回收還有個優點,就是在吊索的端頭設置有抓鉤,可以抓取回收裝置上的鋼索或回收網。這樣回收裝置就可以設計得很簡單,也免去了復雜的回收機械臂。
從上述分析可以看出:對于重型火箭而言進行空中抓取回收的方向是對的。這既是避免火箭大推力發動機尾焰反彈傷害箭體的需要,同時也是減輕起落架重量的需要。因此,即便星艦現有用機械臂直接抓取火箭的方案不一定可行,但是也還有火箭拋索式回收方案等備用手段可以選擇。
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