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马斯克为什么要发明“筷子夹火箭”？

科技 2024-10-27 00:02 中国

SpaceX发明“筷子夹火箭”技术，原因主要涵盖以下两个方面：一、现有火箭着陆腿存在的问题

以猎鹰九号火箭为例，其一级助推器配备了4个由碳纤维和蜂窝铝材料制成的着陆腿。

在着陆前，这些着陆腿会打开以保障助推器平稳着陆。然而，这些着陆腿属于无效载荷，会耗费大量燃料。

“筷子夹火箭”技术能够避免着陆腿这部分无效载荷的存在，从而达到节省燃料的目的。二、现有回收方式的不便及“筷子夹火箭”技术的优势

猎鹰九号助推器着陆后，无论是降落在海上还是陆上，都需要耗费大量时间运回维修中心进行检查翻新，之后再花费时间运输到发射场准备发射。

这一过程与SpaceX快速迭代的理念不相契合。

“筷子夹火箭”技术可将发射场转变为检修中心，火箭着陆后能原地进行检查翻新，无需再耗费时间用于转运。

按照SpaceX的理念，未来每一艘星舰都如同一辆辆班车，将会高频往返于太空与地球。

现行的“传统”回收模式无法满足这一需求，只有“筷子夹火箭”技术能够实现。

因为大部分国内自媒体对第五次回收的理解存在偏差，创造了“筷子夹火箭”这个词来比喻此次回收过程。

央视相对严谨，采用的是“捕获”回收火箭的表述，而很多自媒体则使用“机械臂精准夹住火箭”这样的描述词。

从远距离视频来看，机械臂合拢的同时火箭下降，似乎的确是“夹住”的。

但实际上，这两个护臂更像是“双杠”或者“拨杆”，而非“筷子”。

从停靠后的近距离镜头可以明白，火箭是“落在”了提前几秒合拢的支架壁上，应该是“托住”的，而非“夹住”的。

说白了，火箭停靠稳定后，不需要侧向的摩擦阻力，只有上下的支撑受力。

如果一定要用“筷子比喻”，这个过程更像是试图捞一只碗里的汤圆，一用力汤圆就爆了，只能把筷子伸到汤圆下面，轻轻把它拨到筷子之间，从碗里“托”起来，而不能“夹”起来。

另外，不要以为那四个平衡翅是“挂住”火箭的承力点。从视频可以更明显地看到，四个平衡尾翼没有直接接触到称重臂上，受力点在下方。

实际上，“接住”助推火箭的，是火箭机身上的两个小支撑器，和火箭尾翼对比，要小得多，所以从远处看不到。

SpaceX之前提到，这次回收的准确度能达到0.5厘米。

正因为实现了“五毫米”的精准，所以这个支撑杆无需做得很大。而两边回收架上大横臂收拢的过程受到精准控制，看起来正在“夹”助推火箭，实际上与“夹”无关，只是在火箭下落过程中，同步运动到指定位置，等待“托起”火箭。

在姿态调整过程中，承担约束作用，确保降点正确。在火箭调整好姿态后，随着助推器熄火，箭体被轻轻“放”在了两侧的支撑臂上。

此时，整个火箭结构不受到任何侧向“夹力”，只有前面提到支撑点的向上的“托举”力。

所以说，这两个臂更像“双杠”，调整位置并支撑火箭，不负责侧向的摩擦停止，也就不会“夹坏”火箭。

人的行走速度是五公里每小时。火箭最后落下的时候，移动速度还不到人类行走速度的五分之一。

实际上很可能后来落在架子上时，减速到了更精准的程度，只不过小于一公里时速，已经无法显示了。

要知道，在距离地面三公里的时候，这个速度还是734公里每小时，是高铁速度的两倍。

在短短三十多秒，最后三公里的降落高度内，这个速度被下方精准控制的推进器降低到了零。

这里的零不是推进器强大就行，如果喷射的力量大了，速度可能变成负数，向上冲。

这个“速度零”需要喷射口推进的速度恰好和自重抵消，使火箭相对降落速度变为零。可以想象这个“悬停”技术的难度。

所以，整个回收过程应该和“夹”没有任何关系。

因为控制得太精准了，所以看起来快速收拢等待托举火箭的支撑臂好像在夹火箭，而实际上，火箭不是被“夹住”，而是在助推器的准确降速下，在空中近乎悬停，然后火箭两边的支架合拢，在毫米级的距离恰好“接住”，挂在那里。

除了真正受力的那两个圆柱，其他部分不需要受力。

“筷子夹火箭”本质上和火箭可重复回收一样，是一种技术突破且唯一方案。为什么星舰采用“筷子夹火箭”呢？

因为星舰一级的重量高达260多吨，能支撑起这种火箭的着陆腿本身质量就不小，如果省下来就能将运力给商业载荷，实现利益最大化。

如果不能成功研发“筷子夹火箭”怎么办？

该装着陆腿当然继续装……可是研发成功了呀……

如果未来马斯克和SpaceX团队研发出了性能更加优秀的发动机，或者在现有不锈钢材料基础上研发出了更轻更便宜的箭体材质。

同时在未来的发射中出现一些回收事故，那么也有可能考虑到“筷子夹火箭”的风险性，最终还是把着陆腿安装回来，也不是没有可能。

不过按照马斯克的风格，很有可能即使真的到了那一天，他依然选择不要着陆腿，而是采用“筷子夹火箭”，因为这样可以最大程度压榨运力。

猎鹰九助推器降落海上平台，运回来要2 - 3天，拖上陆地检测，一枚猎鹰九的助推器从发射到再次发射，中间间隔20 - 30天，马斯克只能靠20多枚助推器轮流发射以保证每2.7天发射一次！

陆地上回收的猎鹰九也差不多，主要是因为清理煤油积碳问题……但马斯克觉得，还是太慢！

他急得不行，他要一小时内重复发射，这就不得不让助推器直接飞回发射台！

精准落于目的地以及在目标高度把速度降到零对星舰来说是一个必须做到的事，不管是不是用“筷子”，都要做到。

在这个前提下，使用“筷子”回收还是落到地面上，难度其实相差不大，甚至于落于地面的难度可能更大一点。

星舰也必然会设计落地回收版本。“筷子”回收的最大原因还是因为可以高效周转，不需要从地面再运输到发射架上。

再者，安全这事，看起来重要，只是从来都是及格就好，不会去追求极致，各个行业其实都差不多，包括大家常见的车也是如此。

但其他很多方面会追求极致，比如成本，比如效率。

这次回收的superheavy，70米长直径9米，尺寸接近于大理崇圣寺三塔最大的千寻塔，建议现场体会一下这个古塔的尺寸，然后想想这东西从天上掉下来，怎么回收比较好办。

专注于AIGC的技术发展和商业应用，在人工智能时代，致力于让新技术为更多的普通人赋能增效。

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