薛偉傑：星艦成功測試原位回收 SpaceX技術拋離對手

【明報專訊】美國東部時間10月13日早上8時25分，SpaceX公司第5次試射「星艦」（Starship）巨型火箭。「星艦」火箭在德州的基地發射升空之後大約3分鐘，稱為「超級重型助推器」（Super Heavy Booster）的第一級與同樣稱為「星艦」的第二級飛船順利分離，前者隨即開始以接近垂直的姿態返航。

火箭發射後大約6分49秒，第一級重新下降回到Mechazilla發射台附近，後者的兩支巨型機械臂成功在空中將它夾住，再將它平穩地放在平台上。至此，SpaceX成功測試了一種嶄新的火箭回收方式，在可重用火箭技術上繼續領導群雄，甚至進一步拋離對手。

大部分中外媒體報道這宗新聞時，都只是很表面地着眼於視覺效果，將它稱為「筷子式回收」。但卻沒有從深層意義和成本效益上解釋，當SpaceX回收「獵鷹9號」火箭的第一級的方式已經十分成熟、成功率極高時，為何還要測試更複雜和更高風險的嶄新回收方式。

其實，這種嶄新回收方式的真正名稱和意義應該是「原位回收」，即是直接就在發射位置回收火箭的第一級，從而節省運輸的時間和成本，並且進一步提高火箭的發射頻率。

馬斯克8年前已開始規劃 目的是實現高頻發射

不錯，「獵鷹9號」的第一級現時採用幾支着陸腿降落在地面的方案相對較為簡單，已經非常成熟，成功率極高。但其最大缺點是，火箭的第一級着陸之後，仍然需要由着陸場運回發射台，無法達到SpaceX創辦人兼行政總裁馬斯克（Elon Musk）心目中的高頻率發射目標。

此外，當火箭的第一級愈來愈重時，幾支着陸腿的重量也必然會水漲船高，才能夠支撐到降落在地面那一刻的巨大衝擊。

至於在發射台原位回收火箭，確實是比較冒險和高難度。因為這需要讓71米高（有如20層高大廈）、重250噸的「星艦」第一級，從100公里的高空準確回落到發射台附近，再由兩支機械臂在空中夾住。只要稍為出錯，就有可能「一鑊熟」，發射台和火箭兩者一齊損壞。

為了實現原位回收，「星艦」的第一級在下降返航時，需要先啟動33個「猛禽2」發動機中的9個來反推減速，然後再逐步減少啟動的發動機。至於Mechazilla發射台的兩支機械臂，則長36米、高18米，重量達到700多噸，還要設計到可以在一定範圍內旋轉和升降移動。

但原位回收的好處是，火箭回收之後可以直接和發射塔架對接，隨即就進行檢查、簡單的翻新、重新組裝第二級、加注燃料，準備下一次發射，有助大幅提高發射頻率。理論上，當原位回收技術完全成熟之後，「星艦」火箭的第一級將可以取消着陸腿。這也可以省下寶貴的結構重量，用來增加有效載荷。

究竟Elon Musk理想中的高頻率發射可重用火箭，是頻密到哪個地步？據報是頻密到回收幾小時之後，就重新發射（這需要第二級的回收重用也非常成熟）！這比起美國太空總署以往研製太空穿梭機時期望的兩次發射相隔不到兩星期（實際上要幾個月），還要進取很多。

據報道，早在2016年9月，Elon Musk在墨西哥舉行的國際宇航大會上談及移民火星大計時，已表明要讓火箭的第一級在發射之後原位回收。

Elon Musk現時的探索火星時間表是：在兩年後發射一艘無人的「星艦」前往火星，如果順利，就在4年後向火星發射第一艘載人的「星艦」。若首次載人登陸火星也成功，之後向火星發射「星艦」的頻率將會以指數級增長，目標是在大約20年內，在火星上建成一個讓人類自給自足的城市。

但Elon Musk也承認，要實現人類移民火星，其中一個關鍵是要降低每單位有效載荷的運送成本。估計現時將每噸有效載荷運送到火星表面的成本高達大約10億美元。若要在火星上建造一個自給自足的城市，運送成本將需要大幅降低至每噸10萬美元。

對於Elon Musk的移民火星大計，筆者仍然認為，這只是SpaceX的精神支柱和「教義」，能夠實現的機會非常渺茫。因為要成功推行移民火星的計劃，並不只是解決載具問題。

地球和火星之間的距離介乎5500萬至4億公里，每隔大約26個月，才有大約半個月至1個月縮到接近最短，這時才適合發射火箭往返地球和火星，但單程也需要大約259日。此外，火星表面的平均溫度在零下50度以下，要讓人類居住，將需要建造運作成本極高的巨型防護罩，或者徹底改造其環境。但無可否認，SpaceX成功進行「星艦」火箭第一級的原位回收，確實將中、俄、歐盟、日本、印度等進一步拋離。中國今年有兩款火箭成功進行了10公里級高度的第一級非原位回收試驗。若和自己以往相比，確實是取得顯著進步。只不過，若和SpaceX相比，差距或許沒有縮窄。

明報記者 薛偉傑

[薛偉傑 科技觀潮]