北京时间2024年10月13日，美国SpaceX公司新一代重型运载火箭“星舰”（S30+B12）进行第五次试飞，使用发射塔架的“筷子”机械臂回收了超重助推器，这是SpaceX首次尝试回收超重助推器。
星舰上面级绕行半个地球，再入大气层时以超过 21 倍音速行驶，温度高达1426.6摄氏度，在外壳周围形成粉色等离子体层。随后，3台上面级发动机进行着陆点火，受控溅落，在印度洋发生爆炸。SpaceX公司不打算回收上面级，而是为了在海上练习上面级着陆机动。海面浮标上的摄像机记录了着陆过程，表明星舰上面级几乎完全准确地着陆在目标位置。
粉色等离子体层
星舰上面级受控溅落在印度洋
星舰第五次试飞发射轨迹
与猎鹰9号火箭助推器采用海上无人船回收方式相比，“筷子”机械臂回收更容易且快捷。
超重助推器回收艺术渲染图
在第五次试飞前，B12进行了升级，新增一个新的飞行终止系统，旨在在发生异常情况时快速销毁火箭。还配备了4个星链天线，以及新的“remove before flight”保护装置。
SpaceX吸取第四次试飞再入大气层时襟翼和隔热瓦受损教训，改进了星舰上面级设计。第二版星舰的襟翼更薄，大幅上移，更靠近头锥，同时位置大幅右移，更靠近背风面，转轴结构大幅缩小。新版翼面的转轴实际上都在背风面躲藏着，只有需要调整姿态时，翼面展开才产生气动阻力。S30上面级的襟翼和襟翼整流罩周围使用更多的间隙填充材料，防止第四次试飞的故障。新增直接观察襟翼的4个新摄像头和襟翼铰链中可直接观察S29前襟翼故障点的摄像头。
为了更好地承受再入和飞行期间的恶劣环境，SpaceX将 S30上面级的几乎所有隔热瓦更换为新型更坚固的隔热瓦。过去隔热层从内到外依次是毛毡、网状物、然后隔热瓦。而新的设计是毛毡、网状物、烧蚀材料，然后是隔热瓦。毛毡是一种隔热材料，用于填补隔热瓦之间的间隙。网状物有助于压住毛毡，从而更容易安装隔热瓦。据报道，烧蚀材料是“prion”纤维，一种类似碳复合材料的材料。如果隔热瓦失效，还能充当辅助隔热罩。
为了进行捕获，SpaceX 在捕捉助推器的“筷子”支撑部位添加了锥形纵梁，以便新的缓冲装置可以在捕获操作期间沿着助推器滑动。再加上起重销正下方的锥形纵梁，也被漆成黑色，这样 SpaceX 就可以看到助推器和“筷子”在捕获时如何相互作用。
发射台设计也有改进，大部分是为了超重助推器捕获回收。与捕获无关的唯一重大变化是拆除了甲烷再冷凝器通风口，目的是继续简化轨道储罐区。
工作人员花了几个月的时间对“筷子”的大部分主要焊缝进行加固，有助于在捕获之前加强“筷子”的结构和托架组件。
机组人员还在着陆导轨上添加了更新的可压缩钢制保险杠，取代了在飞行过程中会损坏的旧橡胶缓冲装置。团队还在主“筷子”执行器及其阀门管路周围增加了屏蔽，并在大多数接线、气动和液压管线周围增加了屏蔽。
此外，为了使着陆导轨能够处理着陆负载，添加了更多活塞，在助推器着陆时提供缓冲。
SpaceX 还对发射塔架本身进行了升级。在塔顶部附近添加了新的更大的角撑板，以应对捕获所产生的弯曲载荷。角撑板有助于连接塔的水平和对角桁架梁。
未来，SpaceX公司还希望海上回收并重复使用星舰上面级。该公司在得克萨斯州建造了第2座星舰发射台，还将在佛罗里达州卡纳维拉尔角建造2个星舰发射台，提高星舰每年发射次数。
星舰前四次试飞分别于2023年4月、2023年11月、2024年3月、2024年6月从星舰基地发射。
星舰首飞由于两级未能按计划分离，在升空后仅四分钟就受控爆炸了。
星舰第二次试飞实现了级间热分离，持续了大约八分钟。
星舰第三次试飞的性能有了更大的提升，发射后约50分钟，星舰飞船本来打算在印度洋溅落，但再入地球大气层时解体，任务结束。期间星舰飞船失控滚动，无法重新点燃其六个猛禽发动机之一。然而，由于它能够连接到星链卫星互联网，飞船传回了高清摄像头拍摄的照片，显示其穿过等离子层再入大气层的情况。缺乏姿态控制导致飞船状态异常，无论是受保护区域还是非受保护区域，飞船的受热程度都比预期的要大得多。意外翻滚最可能的根本原因是负责滚动控制的阀门堵塞。此后，SpaceX在后续的星舰飞船上增加了额外的侧滚控制推力器，改善姿态控制冗余，并升级硬件以提高抗阻塞能力。
高清摄像头拍摄的照片
与此同时，第三次试飞的超重型助推器也提前关闭了13台猛禽发动机中的6台，这6台在尝试执行着陆燃烧时仍处于离线状态。超重助推器在墨西哥湾上空约462米的高度失联时，着陆燃烧推力低于预期，并且任务才进行不到七分钟。6台发动机提前关闭的最可能根本原因是，向发动机供应液氧的过滤器持续堵塞，导致发动机氧气涡轮泵入口压力损失。第四次试飞及之后的超重型助推器将在氧气贮箱内配备额外的硬件，以进一步提高推进剂过滤能力。
星舰第四次试飞，发射升空后，一级外圈有1台发动机未能正常启动，但由于设计时有3台发动机左右的冗余，仍可正常飞行，随后推迟了一级停机时间，返回途中虽然也有1台发动机未能启动，但一级最终在墨西哥湾成功溅落回收。
信息来源：space.com
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