来源 | 专利创新魔方
2024年13日晚8时30分许，马斯克旗下太空探索技术公司（SpaceX）新一代重型运载火箭“星舰”发射升空，这是“星舰”第五次试飞，将首次尝试用发射塔的机械臂（也被称为“筷子”）在半空中捕获助推器以实现回收并取得成功。
从直播画面上看，火箭发射六分钟后，一级超重型火箭与星舰脱离，并返回被一对巨大的金属钳子夹在空中，SpaceX称之为“筷子”。之后，星舰二级继续正常飞行，在发射1小时5分钟左右，二级成功溅落印度洋，圆满完成预定任务。
画面显示，SpaceX“星舰”实现了史上首次使用“筷子”（创新魔方注：发射塔臂）来接住超级重型助推器。
所谓的筷子夹火箭技术，就是用发射塔的捕获臂作为“筷子”，对超重型助推器进行捕获回收。
捕获臂由两个机械臂构成，每个机械臂长36米，高18米，它们配合开展工作，从而接住超重型助推器或星舰飞船。捕获臂通过塔底的超大型绞车系统驱动，可沿塔架上的轨道上下移动，同时通过液压油缸的伸缩动作带动机械臂实现打开和合拢。
另外，为保持稳定，机械臂安装了液压缓冲机构，用于在提升或回收助推器和星舰飞船时，承载分散一部分冲击力。其前端距勤务塔固定处约34.8米，接驳台面（与栅格翼接触的部位）长约20米，以适应助推器回收降落位置的偏差。
为避免因抓取失误而砸坏发射架，助推器不直接降落在发射架上方，而是降落在发射架的侧面。因此发射塔回收助推器时，捕获臂将旋转到发射架的另一侧。助推器着陆时将使用9台发动机，在距离地面大约800米处关闭6台发动机，剩余3台发动机将使助推器保持垂直姿态。
在距离地面大约65米的高度，将再关闭2台发动机。当助推器的2/3落到机械臂之下时，助推器悬停，机械臂靠拢。机械臂将通过助推器栅格翼下突出的托握点和两侧的辅助稳定插口稳定助推器。最后机械臂旋转，将助推器放置到发射架上。
这种火箭回收方式只需在发射平台进行燃料补给和小修，即可实现快速连续发射。
“筷子”夹火箭技术的三大技术挑战
其一，塔架抓取回收需要被回收航天器具有极高的控制精度。与猎鹰9火箭相比，超重型助推器的一大优势是悬停能力，其配有33台猛禽发动机，可选的动力组合更加丰富，更容易将推重比稳定在1。这意味着超重型助推器可以在发射塔上保持悬停，并且有足够的时间调整飞行路径。
其二，与抓取机械臂对接的承重点需开展详细的载荷分析与结构设计，确保其具有足够的强度。通过公开的照片可以看出，在近期“星舰”团队开展的空中捕获助推器测试中，助推器测试件的外壳与机械臂接触部位出现了破坏。
这表明用机械臂抓取火箭存在很大风险，机械臂要在短时间内接近火箭并精准抓取，这对机械臂的精度要求极高。而且受到风力等因素的影响，实际操作环境可能会更加复杂。一旦箭体结构出现损伤，将大大降低发射效率，违背了“筷子夹火箭”的初衷。
其三，需通过机械臂上的减载、减振装置，实现稳定回收，避免重大整修。通过公开信息可知，“星舰”发射塔上的抓取机械臂安装了液压缓冲机构，用于在提升或回收助推器和星舰飞船时，承载分散一部分冲击力，保持助推器稳定。液压减震系统能否达到预期效果，也是回收任务成败的关键。
“筷子”夹火箭技术已被中国公司申请专利
我们都知道，马斯克向来对专利申请不是特别重视，我们查到“筷子”夹火箭回收技术申请的专利技术申请人为九天歌行航天科技有限公司，申请日为2024年6月5日。该专利虽然整体上名称为“运载火箭的磁悬浮回收装置和回收系统”，但是其中也提出了用机械臂减载、减振装置，实现稳定回收，避免重大整修的技术方案。
但是该专利的机械臂夹持部分，在审查过程中很大可能被2021年公开的一个视频（如上图所示）作为对比文件进行创造性的质疑，而不被授权，进而无法对星箭造成专利威胁。
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