星舰超级重型推进器降落回收的位置控制精度达到半厘米,即5毫米?

2024年10月13日,SpaceX星舰Starship进行了第五次全栈测试飞行(或称为整合测试飞行,Integrated Flight Test,IFT5)。测试取得了惊人的成功,超级重型推进器被像用筷子(筷子是被称为“机械哥斯拉”Mechazilla的机械塔臂)一样夹住回收的尝试一次就成功。超级重型推进器从天际降落,着陆点火成功后,不断调整姿态,进入机械塔臂内。在推力角度和大小均可调的猛禽发动机控制下,助推器在机械塔臂内缓缓下降,塔臂同时执行夹紧动作。最后,推进器被成功夹住。看了各个角度的回收视频,一个词,震撼。Amazing这词已经不够amazing,要用speechless。

在推力角度和大小均可调的猛禽发动机控制下,助推器在机械塔臂内缓缓下降,塔臂同时执行夹紧动作。
Source: @jhall

Starship在低轨道飞行了约50分钟后返回大气层。此次Starship上的隔热瓦工作良好,没有出现被烧蚀剥落的情况。Starship最终在海面溅落。溅落位置也很精准,预先已经布设在海面的摄像机完成了对溅落的拍摄。

在10月9日国家科学院太空生物与物理科学委员会的会议上,SpaceX公司建造与飞行可靠性副总裁比尔·格斯滕迈尔(Bill Gerstenmaier)对助推器能够返回发射塔进行捕捉表示乐观。“在上次飞行(IFT4)中,我们在海上着陆的精度达到了半厘米,”他说,“因此我们认为有相当的机会返回塔台。”这样的庞然大物,降落回收的位置控制精度居然达到了惊人的5毫米,令人难以置信。但看了此次IFT5,不得不相信SpaceX具备这个技术能力。

还有一个细节。很多人认为助推器被夹住后,是用栅格翼(grid fins)搭在机械臂上,实际上不是。栅格翼下有助推器壳体上伸出的小臂(倒L形挂点),是小臂搭在了机械臂上。由此可以想到,助推器降落进入机械臂内时,位置控制的精度要求极高,而且可能要有水平面上(垂直于助推器轴线)的旋转控制,否则就可能出现小臂(倒L形挂点)搭不到机械臂的情况。再一次惊叹~

上图中红框中,栅格翼下面,助推器壳体上的小臂(倒L形挂点)向下伸出,用来把超级重型助推器挂在机械塔臂上

IFT5整体上非常成功。测试飞行结束后,Elon Musk发推表示

Just inspected the Starship booster, which the arms have now placed back in its launch mount. Looks great!

A few outer engine nozzles are warped from heating & some other minor issues, but these are easily addressed.

Starship is designed to achieve reflight of its rocket booster ultimately within an hour after liftoff. The booster returns within ~5 minutes, so the remaining time is reloading propellant and placing a ship on top of the booster.
——
刚刚检查了星舰助推器,现在臂架已放回发射架上。看起来棒极了!

一些外部发动机喷嘴由于加热和一些其他小问题而变形,但这些问题很容易解决。

星舰的设计目标是在升空后一小时内实现火箭助推器的再次飞行。助推器在约 5 分钟内返回,因此剩余时间用于重新装载推进剂并将飞船放置在助推器顶部。

IFT5如此成功,后续将上演的SpaceX星舰Starship第六次全栈测试飞行(IFT6)将会出现什么令人激动的情节?我们共同期待。

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