北京时间11月15日凌晨,SpaceX的星舰飞船结束了约22个半小时的飞行,返回得克萨斯州星港基地,随着飞船缓缓降至发射塔旁,两根巨大的机械臂合拢,将它稳稳接住——这是SpaceX首次用发射塔接住从轨道返回的星舰上面级飞船。这也是星舰飞船第一次由发射塔机械臂实施捕获回收。难点可以浓缩成一句话:接助推器,是接住一个飞回来不久的物体;接飞船,是要让一枚以20倍音速以上再入的庞然大物,先靠一层隔热盾扛过气动加热,在太空连飞二十多个小时后重新点火,在半空中翻转回竖直姿态,把落点递进两臂之间。网易新华网
这一飞原本要接两次:起飞约6分半钟后接住返回的超级重型助推器,约22个半小时后再接住从轨道返回的星舰上面级。飞船这一半按计划推进:进入约275公里轨道,部署26颗新一代星链V3卫星,随后绕地约14圈、连飞约22.5小时。但前一半在几分钟内就落空了:一二级分离后,超重型助推器未能按原计划返回发射场,而是在墨西哥湾海域受控溅落。知乎新华网央广网
动能、时间、容错:接住飞船比接住助推器难得多
飞船和助推器的回收难度截然不同:助推器在起飞两分多钟后分离,返回时高度和速度都有限;飞船从轨道返回,再入时速度是20倍音速以上,要先靠隔热盾扛过再入加热,再经滑翔和点火减速,把落点控制在机械臂之间——海上溅落允许一定的落点偏差,塔架回收几乎没有余量。更现实的是落点本身:SpaceX还要求这艘长达52米的飞船,准确进入发射塔上的两只机械臂之间。第二道坎是时间。SpaceX此前已经多次接住助推器,但飞船从未尝试过返回发射塔,这次要在轨连飞二十多个小时,再依次完成离轨点火和着陆点火——低温推进剂在贮箱里泡了一整天之后,发动机点不点得着、点得准不准,此前没有检验过。第三道坎是没有退路:飞船没有着陆腿,也没有第二着陆场,最后几公里的翻转和减速一出错,就是整箭重摔在发射塔附近——不像溅落,海水还能兜住一次失误。知乎36氪网易
敢不敢让飞船回塔,答案写在隔热瓦和检查点上
捕获最大的不确定性不在机械臂,而在隔热盾能否完好穿回大气层。此前多艘飞船的隔热系统在试飞中暴露过瓦片脱落问题,这次S42沿用第14次飞行后的改进:在受热最严重的区域加装隔热瓦固定结构,大面积改用曲面隔热瓦,减少瓦片缝隙处的受热。检查手段也值得一提:26颗V3卫星里有3颗改装了摄像设备,在部署过程中从外部拍摄飞船隔热盾,影像传回地面,为评估飞船是否具备返回发射场的条件提供数据参考。SpaceX还为这次返回层层设卡:只有飞船关键系统状态满足要求,才让它飞回发射场;一旦发现问题,就提前离轨、转向预定海域。知乎新华网网易
更"熟练"的助推器翻了车,恰恰说明余量之薄
被塔臂接住过三次的助推器,这次照样失手:发动机在返回途中提前停止工作,制导系统判断其位置不适合返回,自动放弃塔架回收并启动改道和自毁程序,具体原因仍在调查中。这也不只是B22一次的运气:此前接住的3枚助推器都是第一代产品,今年5月第三代构型首飞以来,飞船的表现总体稳定,助推器却接连出状况,这项一度已经掌握的能力反而无法稳定重现。连最熟练的环节都保不齐,反过来就理解了为什么"首次接住轨道飞船"要押上这么多道安全门:这套系统里没有一关是省心的,成与不成,都是拿安全边界换来的。网易知乎
接住,只是复用考题的第一题
把飞船接回塔,省掉的不只是海上回收环节:一艘直接落回发射塔的飞船能保留完整的再入后状态,部分发动机可以送上地面试车台复测,而此前S41溅落后在海上漂了75天才运回检查,S40也漂了一个多月;航天飞机虽然可以重复使用,但每次飞行后都要耗费大量人工翻修,单次发射成本按2024年美元计算约为15亿美元——接住之后多久、花多少钱能再次起飞,才决定完全复用能否成立。SpaceX此前已经接住并再次使用过助推器,但在第15次飞行之前,还没有一艘上面级飞船被发射塔接住;接下来轮到的问题,是S42能不能用检修后的自己证明飞船这一半也成立。眼下最近的两个看点:一次飞行把两级都接回来,以及一艘接住的飞船真正飞上第二次。知乎网易
这一夜的意义可以说得很克制:轨道级上面级第一次被"接"回了家,而不是扔进海里。但星舰的完全复用还差两块拼图——把第三代助推器接回来,和让这艘飞船再飞出去。