视频解析：SpaceX如何抓取超重型火箭
创新先锋总是不断突破，挑战不可能。正当我们翘首以待SN9高飞之际，马斯克最近在推特圈抛出新idea「空中抓取超重型火箭」，引得无数粉丝竞折腰。
SpaceX为何要放弃猎鹰9号成熟技术，改变回收火箭模式？
空中抓取超重型火箭到底有多难？
依照SpaceX思路如何解决技术难题？
……
▲这段科普视频拆解得头头是道，条分缕析，清清楚楚。本视频由Primal Space制作出品、 三体引力波字幕翻译，为了让大家回看更方便，理解更明白，以下为视频字幕，以飨读友。
2013年SpaceX宣布
设想让猎鹰9号火箭着陆返回
为了实现这个相当复杂的新主意
他们打算让火箭着陆在海上无人平台上
这种事史无前例
当时被认为是不可能实现的
不过一旦成功 就是火箭复用的巨大飞跃
于是SpaceX开始各种飞行测试
摸索如何让火箭着陆
经过几年探索 多起火箭爆炸
终于把不可能变成可能可行
如今距离首次历史性着陆已经5年
猎鹰9号标志性着陆画面已经司空见惯
随着越来越多发射
SpaceX日臻完善这个不可思议的航天创举
并且省下不少钱
每次猎鹰9号复用回收
意味着省下一枚全新火箭费用
过去5年 为SpaceX节省超14亿美元
迄今为止SpaceX仍是全球唯一一家
有能力垂直回收、复用轨道级火箭的发射商
现在SpaceX全力以赴开发星舰
这是他们疯狂太空想法的下一代进化版本
作为星舰追随者我们目睹过不可思议的奇观
最近SN8试飞就是SpX干过最疯狂的事情之一
这表明雄心勃勃的星舰计划比多数人想象的更靠谱
过去5年 SpaceX做过太多疯狂事
这可能是最疯狂的 直到最近
马斯克发推宣布一个新想法：新式回收超重型火箭
不是以往的着陆方式
设想火箭靠近发射架时空中抓取
《空前绝后满天飞》台词：完全不同的飞行方式
《空前绝后满天飞》台词：这是完全不同的飞行方式
尽管听起来像是马斯克又一个疯狂主意
空中抓取火箭
但SpaceX并非唯一想这样干的
火箭实验室正准备用直升机捕获伞降的电子火箭
早在1960年代 NASA考虑动用巨型直升机
一款螺旋桨超100米长的直升机
空中捕获土星五号第一级
相比而言 SpaceX想法还没那么疯狂
我们已确定SpaceX想要如何抓住超重型火箭
不过想知道为什么这样干
我们需要先了解星舰目标
星舰系统由两级组成：
第一级称为超重型火箭
第二级称为星舰
当超重型火箭把星舰从最厚大气层托举出来
一二级分离 超重型火箭像猎鹰9号那样返回
星舰接下来完成入轨工作
或者目的地是月球、火星
为了实现星舰远航目标
采用停车轨道太空加油
此外通过星舰实现地球端到端的超高速旅行
这意味着星舰每天需要执行多个航班
飞行间隔与客机相当
超重型火箭最初设计成直接降落于发射架
然后即刻准备下一次飞行
尽管这样有很多好处 但需要更高的精准度
比目前猎鹰9号着陆要求还要高
于是SpaceX设想出一种快速周转法
动用巨型起重机将超重型火箭从着陆场吊到发射架上
这需要有6个足够结实和减震的超大着陆腿支撑
但这就是问题关键
猎鹰9号着陆后需要运回火箭整修厂
翻新、更换、检测很多零部件
整修过程最关键环节之一就是着陆腿
所有这一切都需要大量耗时
这可不是超重型火箭的最佳选项
所以新思路是剔除着陆腿
不仅能缩短周转时间
还可以节省惊人的重量
火箭每节省一公斤自重 就可携带更多载荷入轨
超重型火箭原来设计有6条着陆腿
总质量约占整个火箭着陆时10%
如果没有着陆腿
SpaceX唯一选项就是抓取火箭
这需要超重型火箭几近完美着陆
与猎鹰9号相比 超重型一大优势是悬停能力
猎鹰9号引擎火力太猛
即使单台点火 也无法做到悬停
只能进行自毁性燃烧
这需要正确时间点上启动引擎
让垂直速度在触地瞬间降为0
由于超重型比猎鹰9号配有更多引擎
可以降到推重比为1
这意味着可以在发射架上保持悬停
并且有足够时间 调整飞行路径
SpaceX设想火箭靠近发射架时
利用巨大机械臂抓住超重型火箭
当超重型着陆时 就像针那样穿过抓臂
直到由抓臂内缩抓住
这个想法有个关键点
被抓臂抓住的栅格翼
需要承载整个火箭重量
一开始认为 栅格翼难以承受这种不可思议的重力
但设计栅格翼就是为了再入大气层时承受巨大阻力的
事实上已具备来自这个方向的强大承受力
尽管有这种独特的着陆主意
但仍需要减震器处理最后一点动能
以便让火箭停下来
通常这种减震由着陆腿处理
猎鹰9号着陆腿由充满压缩气体氦的伸缩管组成
当着陆腿自动展开时，压缩气体会起到减震作用
最主要的是减震器安置在抓臂 不是火箭上
这会进一步为火箭减压减负
避免重大整修
SpaceX可能会采用类似空气悬挂系统
但规模要大得多
另一设想 可能使用线缆捕捉系统
类似于航空母舰上的拦阻索
这套系统是在飞行甲板上设置多条钢索
用来钩住舰载机尾钩
当尾钩与钢索接触时
动能会被内部液压阻尼系统吸收
舰载机很快会在甲板上停下
若把这些装置从火箭转移到抓臂上
超重型火箭会尽可能地变轻
还避免火箭太多受力
但减轻重量只是妙处之一
真正好处在于 迅速重启发射
若能在着陆后即刻返回发射架
超重型火箭就可以被固定住 避免倾斜
为下次发射进行检查
毕竟脱罐过程对星舰系统尤其重要
因为着陆后仍留存过量甲烷
甲烷是不允许被排放到大气中的
因此SpX计划将剩余甲烷抽回燃料罐
冷凝后用在下次发射
尽管可能还要等上几年
SpX才能实现这一疯狂想法
但看到他们挑战不可想象的工程难题
真是鼓舞人心
5年前SpaceX首枚火箭着陆时
让我们重新思考
哪些大大推动航天进程是可行的
不管发生什么
显而易见我们正在见证历史