本周,一架直升机捕获并释放了一枚火箭

以下是 Rocket Lab 尝试使用坠落的火箭第一级进行棘手操作的原因,以及该机动操作的原理。
回收直升机。Rocket Lab

5 月 3 日上午晚些时候,一枚火箭从新西兰的一个发射台腾空而起。几分钟后,当火箭的第二级继续飞向轨道时,火箭的第一级通过降落伞下降,进入一架待命的回收直升机的钩子。钩子钩住了降落伞绳,并被拉住——然后松开。这次发射既成功地将有效载荷送入轨道,又是火箭制造商 Rocket Lab 的一次有用的功能测试,它预示着未来可回收火箭发射的一种可能形式。

周二发射的核心是新颖的回收尝试。进入轨道是一项昂贵的工作,而回收和重复使用火箭部件的能力可以降低每次发射的成本。这次回收尝试是由一架西科斯基直升机进行的。

“在 6,500 英尺的高度,Rocket Lab 的西科斯基 S-92 直升机与返回的第一级汇合,并使用长绳上的钩子捕获了降落伞绳,”Rocket Lab 在一份新闻稿中表示。“捕获后,飞行员检测到的载荷特性与之前的测试不同,因此释放了第一级,成功溅落。”

对于这次特定发射,捕获最终更像是“抓了又放”,但这次尝试仍然大大证明了该选项的可行性。知道释放是有效的——直升机机组人员能够钩住火箭,然后确定他们需要抛弃助推器——这是证明可行性的关键部分。一种涉及直升机但会危及它们的方法将可重复使用性与对机组人员的风险相结合。

Rocket Lab 的创始人兼首席执行官 Peter Beck 指出,这是一个棘手的动态。“一旦我们收到确认我们处于一个良好的降落伞状态,我们就必须在大约 10 分钟内就位并与第一级汇合,”他在一次媒体电话会议上说,“并且不仅要在太空中与第一级汇合,还要在高度和下降高度上汇合,可以说是一个三维问题。” 

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Rocket Lab 在新闻稿中表示,此次发射“是回收作业首次引入直升机捕获尝试,今天的任务将为未来的直升机捕获提供参考。”

除了直升机钩住外,火箭助推器还通过其初始的减速伞以及大型主降落伞减速。减速伞稳定并减缓了下降中的助推器,主降落伞在接近撞击时才展开,起到更强的制动作用。在直升机拦截时,两顶降落伞都已展开。

“主伞后面拖着带有一根 150 英尺长绳子的小减速伞,而直升机上则挂着一根 150 英尺长的绳子,上面带有捕获装置,”Beck 说。“这有点像《捉鬼敢死队》,你希望这两条线交叉,这两条线是直升机的长绳以及主伞和减速伞之间的绳子——它们交叉、抓取、捕获,然后直升机缓慢降低其下降速度。”

在此次事件中,从海洋回收后,火箭助推器级被收集起来并送回公司生产地进行未来分析。 

“这是一个令人难以置信的后勤和多方协调的展示。能够将一个以七倍音速进入大气层并呈弹道轨迹的物体与直升机汇合,这是一项巨大的成就,”Beck 说。“我们得到了一张它乘船回来的照片。比我们希望的湿一点,但非常成功。”

该公司在从不完美的初始结果中学习方面有着悠久的历史。当 Rocket Lab 在 2017 年发射其首枚电子号火箭时,火箭未能按计划进入轨道。 

此后,Rocket Lab 声称已进行了 26 次电子号火箭任务,共部署了 146 颗卫星。其中,34 颗是通过最新的发射部署的,而这些卫星包括 Rocket Lab 所说的“旨在监测光污染、演示太空垃圾清除技术、改善小型卫星的电力限制、验证可避免与不可追踪太空物体碰撞的可持续卫星系统的技术、实现太空互联网,并构建海上监视星座。”

该公司主要发射适合星座部署的小型卫星。自 2016 年至少以来,它一直故意以不适合大型火箭的规模进行发射。例如,SpaceX 使用大型可回收火箭助推器,这些助推器保留了燃料以实现向上减速着陆。这种返回方式(可以在发射台上或在海上特殊的无人机着陆平台船上进行),会在接近地面时重启火箭发动机以实现可控着陆(在一切顺利的情况下)。蓝色起源也做类似的事情。

那么,为什么 Electron 不像 SpaceX 那样做呢?据CNN报道,“该公司表示,电子号不够大,无法携带向上着陆所需的燃料供应,而海水着陆可能会造成腐蚀和物理损坏。”

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重复使用助推器可以节省材料成本,也可以节省制造时间。只要火箭未被海水严重损坏,翻新比从头开始准备要快。

如果直升机钩捕技术将来能够成功,那么精确控制和减速的下降将进一步缩短准备时间,从而使该公司越来越有可能按照计划进行发射,并向轨道填充越来越多的卫星。

在从直升机上拍摄的捕获尝试的视频中,可以看到钩子悬挂在下方,一条黄色的绳索悬在空中。助推器在降落伞展开后飘入画面。轨道下方的天空广阔无垠,充满了试错的空间。成功的捕获是 Rocket Lab 正在积极讲述的关于测试的故事,但为了保护直升机而松开绳索证明了该概念可以再次尝试,现在飞行员知道抓放的感觉是什么了。

在下方观看回收尝试的视频

 

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Kelsey D. Atherton

科技领域特约撰稿人

Kelsey D. Atherton 是一名军事技术记者,自 2013 年起为《大众科学》供稿。他报道无人机器人和其他无人机、通信系统、核企业以及用于规划、发动和缓解战争的技术。


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