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北京时间10月13日晚上8时25分，“星舰”火箭第五次试飞发射。约7分钟后，其超重型助推器成功穿越大气层、返回发射塔，被两个机械臂牢牢夹住。星舰飞船则成功入轨并在印度洋溅落。这一幕被很多中国网友称为“筷子夹火箭”，这背后猛禽发动机有哪些黑科技呢？

猛禽3是如何工作的？

在 SpaceX 捕获的超级重型助推器下降过程中，发动机的运行状态涉及一个战略性关闭和重新点火的过程，旨在实现受控着陆。

最初，在发射后，所有 33 个猛禽发动机点火以推动助推器。在飞行约 162 秒时，这 30 个发动机关闭，剩下的三个中心发动机以 50%的推力保持运行，进入下降阶段。这使得助推器在接近发射台时减速。

随着助推器下降，它执行翻转机动以调整着陆方向，然后重新点燃 13 个猛禽发动机以逆转航向并进一步减速，为 SpaceX 的机械臂“机械巨兽”或“筷子”进行捕获尝试做准备。捕获发生在助推器悬停在这些机械臂之间时，机械臂随后闭合以将其固定在原位，同时发动机完全关闭。

整个操作高度自动化，但在条件合适时需要飞行总监手动干预以启动捕获序列。如果在下降过程中检测到任何问题，助推器会被编程为转向在墨西哥湾进行溅落。

猛禽3有哪些黑科技？

最新版本的 SpaceX 猛禽发动机，称为猛禽 3，采用了多项尖端技术，提升了其性能、效率和可制造性。以下是主要进展：

全流量分级燃烧循环：Raptor 发动机采用全流量分级燃烧循环，这与传统火箭发动机设计有显著不同。这种方法通过为燃料和氧化剂使用独立的预燃烧器，提高了效率和性能，从而改善了推力并减少了发动机质量。

先进的 3D 金属打印：SpaceX 已将先进的金属 3D 打印技术整合到 Raptor 3 发动机的生产中。这项技术能够制造以前无法通过传统方法生产的复杂内部结构。设计受益于部件整合，减少了组件数量并简化了组装，从而降低了生产成本和时间。

集成冷却系统：Raptor 3 采用了改进的冷却技术，包括在操作过程中管理极端温度的再生冷却系统。设计通过内部化二次流动路径消除了对外部热屏障的需求，从而减少了重量和复杂性，同时增强了热管理。

推力和效率提升：与前身 Raptor 2 相比，Raptor 3 的设计旨在提供显著更高的推力——在海平面约为 280 吨。推力能力的提升与推重比相结合，目标超过 200，使其成为可用的最强大火箭发动机之一。

甲烷燃料利用：猛禽发动机燃烧液态甲烷和液态氧（甲烷氧），这不仅更高效，而且相比氢气更易于储存。甲烷有可能在火星上生产，支持长期任务并增强太空探索的可持续性 2 6 。

可靠性和可重用性：SpaceX 旨在使 Raptor 发动机高度可重用，目标是每台发动机的使用寿命超过 1,000 次飞行。设计简化和先进的制造技术有助于实现这一目标，通过减少维护需求和提高整体可靠性。

这些创新使得 Raptor 3 发动机成为 SpaceX 在深空探索和人类在其他行星，特别是火星上定居的雄心中至关重要的组成部分。随着开发的持续，预计像 Raptor 4 这样的进一步迭代将基于这些进展，实现更高的性能水平。

机械臂回收的优势是什么？

使用机械臂回收，特别是 SpaceX 的“Mechazilla”，而不是固定点地面回收，为超级重型助推器提供了几个优势：

1. 最大化有效载荷能力：机械臂允许助推器直接在发射台上被捕获，消除了对着陆腿的需求。这一设计选择通过减少与着陆装置相关的质量和复杂性来增强火箭的有效载荷能力。

2. 缩短周转时间：使用机械臂捕捉助推器可以加快翻新和重新发射的过程。这对 SpaceX 实现快速可重复使用的目标至关重要，使得发射更加频繁，并最小化任务之间的停机时间。

3. 精确着陆：Mechazilla 系统要求助推器在下降过程中自主导航到臂之间的精确位置。这种高精度可以比传统着陆方法更高效，后者可能涉及在远离发射场的垫子或无人船上着陆。

4. 创新工程：使用机器人手臂代表了火箭回收方法的重大技术进步。这展示了 SpaceX 致力于开发完全可重复使用的火箭系统，这对于未来的太空探索任务，包括前往月球和火星的任务，至关重要。

5. 安全与应急措施：如果在下降过程中出现任何问题，助推器被编程为转向在墨西哥湾进行溅落。此功能确保有备份计划，提高整体任务安全性，同时仍然旨在成功捕获

相比地面回收，机械臂回收对发动机有哪些技术挑战？

在机械臂回收过程中，猛禽发动机需要执行受控关机和潜在的重新点火序列。这对于在接近捕获机制时稳定助推器至关重要。发动机必须具备快速响应时间，以确保在下降和捕获过程中实现精确控制。

猛禽发动机具有高达 15°的可动范围，允许在下降过程中对推力方向进行精细调整。这一能力对于将助推器与机械臂对齐至关重要，确保在没有着陆干扰的情况下成功捕获。

猛禽发动机的设计具有高推重比（约 200），这对于上升和受控下降阶段至关重要。这一特性使得在助推器接近捕获点时能够快速减速和精确机动。

猛禽发动机采用先进的冷却技术，如再生冷却，这对于管理运行期间的极端温度至关重要。这些系统必须在关闭和重新点火的过渡阶段有效运行，确保在恢复过程中发动机的完整性。

机械臂在下降过程中需要与助推器进行精确对齐，这需要先进的控制算法和实时反馈系统以确保成功捕获。固定点回收依赖于更宽的着陆公差，但在快速周转方面可能无法达到相同的效率水平。

机械臂系统集成了自动控制，必须与猛禽发动机的性能特征无缝配合，包括推力调节和下降过程中的稳定性。相比之下，固定点回收通常涉及更多手动操作或更简单的自动化系统，专注于着陆稳定性。

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