回收獵鷹-9火箭那些事

回收獵鷹-9火箭那些事

眾所周知，目前的運(yùn)載火箭都是一次性使用的，所以長(zhǎng)久以來(lái)，航天發(fā)射成本居高不下，發(fā)送質(zhì)量1kg物質(zhì)上天的成本約為1萬(wàn)～2萬(wàn)美元。比如，美國(guó)的獵鷹-9火箭總造價(jià)約為5000萬(wàn)美元，而其推進(jìn)劑的成本只有20萬(wàn)美元。因此，打造獵鷹-9火箭的美國(guó)太空探索技術(shù)公司自設(shè)計(jì)之初就一直在研究如何回收以及重復(fù)使用獵鷹-9火箭的有關(guān)技術(shù)，以大大降低成本。如果能回收并重復(fù)使用火箭的第一級(jí)，可降低火箭成本80%；如果第二級(jí)也能回收并重復(fù)使用，可降低火箭成本99%。今年1月、2月，美國(guó)太空探索技術(shù)公司先后進(jìn)行了2次大膽的嘗試，其2枚獵鷹-9火箭在分別完成了發(fā)射的主任務(wù)后，都進(jìn)行了第一級(jí)火箭的回收試驗(yàn)，但均功虧一簣。盡管如此，還是取得了不少寶貴經(jīng)驗(yàn)，讓人們看到了回收火箭的希望。

1 這種火箭不一般

獵鷹-9火箭和它所發(fā)射的“龍”飛船都是由美國(guó)太空探索技術(shù)公司研制的，用于商業(yè)載人天地往返運(yùn)輸。其中獵鷹-9火箭從2002年開(kāi)始研制，設(shè)計(jì)理念是簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，消除或?qū)⒐收献钌倩?；主要特點(diǎn)是高可靠、低成本和快響應(yīng)；最終目標(biāo)是打造成世界第1 種2級(jí)可重復(fù)使用運(yùn)載火箭。

它是一種采用液氧/煤油作為推進(jìn)劑的兩級(jí)火箭，總高68.4m，直徑3.7m，有三種構(gòu)型，一種是安裝5.2m直徑整流罩，用于發(fā)射衛(wèi)星；另一種是用于發(fā)射 “龍”飛船；還有一種是大型運(yùn)載火箭，即在獵鷹-9的基礎(chǔ)上捆綁2臺(tái)液體助推器（由獵鷹-9第一級(jí)改進(jìn)而成），用于發(fā)射大型航天器。獵鷹-9系列火箭的近地軌道運(yùn)載能力9.9～32t, 地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力4.9～19.5t。

該火箭的電子設(shè)備具備單點(diǎn)故障冗余能力，這主要是通過(guò)廣泛使用三重冗余設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)，包括三重冗余飛行計(jì)算機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)和閥門控制器。其制導(dǎo)導(dǎo)航和控制功能采用GPS和慣性測(cè)量裝置等方面技術(shù)。

其第一級(jí)安裝了9臺(tái)隼-1C發(fā)動(dòng)機(jī)，目的是在第一級(jí)火箭飛行過(guò)程中，即使單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)從始至終未能點(diǎn)火工作，或在第一級(jí)工作末期多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，獵鷹-9火箭仍能完成發(fā)射任務(wù)，這是一大創(chuàng)新，并已被實(shí)踐證明是可行的。隼-1C是一種再生冷卻、泵壓式燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力約600kN，比沖約300s，具有高可靠性和低成本的特點(diǎn)。另外，即使獵鷹-9火箭在發(fā)射臺(tái)上點(diǎn)火后，仍會(huì)被系留在發(fā)射臺(tái)上2.5s，以監(jiān)測(cè)每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀況。如果檢測(cè)到異常，可中止發(fā)射任務(wù)。

其第二級(jí)由單臺(tái)隼-1C真空發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。除改用了性能優(yōu)化的加大直徑、膨脹比高的鈮合金噴管外，它幾乎與第一級(jí)的隼-1C發(fā)動(dòng)機(jī)完全一樣，節(jié)流能力強(qiáng)，可將發(fā)動(dòng)機(jī)的推力調(diào)節(jié)至額定推力的60%～100%，使得火箭能夠降低有效載荷的加速度，更加精確地將其送入預(yù)定軌道。

隼-1C發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”采用低成本針?biāo)ㄊ絿娮⑵鳎膽?yīng)用使發(fā)動(dòng)機(jī)變得堅(jiān)固和簡(jiǎn)單。該噴注器易于制造且廉價(jià)，包含的零部件數(shù)量也非常少，具有抗噪性好、對(duì)環(huán)境要求不高、在大范圍的操作環(huán)境下穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。另外，其推進(jìn)劑貯箱由鋁鋰合金制成，它比傳統(tǒng)的鋁質(zhì)推進(jìn)劑貯箱質(zhì)量更輕且剛度更強(qiáng)。獵鷹-9火箭頂端和外層也全部采用超強(qiáng)度鋁鋰合金材料制造，且增加了特制的防熱板，用以保護(hù)火箭在重返地球大氣層時(shí)免遭損壞。

太空探索技術(shù)公司的發(fā)射操作原則是顯著地減少操作人員以及在發(fā)射場(chǎng)消耗的時(shí)間，所以發(fā)射獵鷹-9火箭時(shí)操作既簡(jiǎn)單又高效，并具有較高的成本效率。其標(biāo)稱的發(fā)射操作時(shí)間為16天（從火箭運(yùn)抵發(fā)射場(chǎng)開(kāi)始）。

為了滿足載人飛行的要求，獵鷹-9火箭主結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)高達(dá)1.40（一般火箭為1.25）。其發(fā)動(dòng)機(jī)及其布局也提升了火箭的可靠性。

由于價(jià)格便宜，可靠性高，能以每次5 0 0 0萬(wàn)～6000萬(wàn)美元的發(fā)射價(jià)格支持航天發(fā)射任務(wù)，所以獵鷹-9火箭現(xiàn)在已獲得大量航天器發(fā)射訂單，供不應(yīng)求。

獵鷹-9v1.1火箭第一級(jí)的9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)

2 兩次回收都惜敗

2015年1月10日，美國(guó)獵鷹-9火箭進(jìn)行了2015年世界航天的首次發(fā)射。此次發(fā)射有兩大任務(wù)：一是把第5艘載貨型“龍”飛船送入太空，為“國(guó)際空間站”運(yùn)送補(bǔ)給物資；二是首次試驗(yàn)用海上浮動(dòng)回收平臺(tái)回收獵鷹-9火箭的第一級(jí)。結(jié)果，第一項(xiàng)任務(wù)順利完成，但第二項(xiàng)任務(wù)功敗垂成，火箭的第一級(jí)雖然垂直降落在預(yù)先準(zhǔn)備的海上浮動(dòng)回收平臺(tái)上，但是沒(méi)能軟著陸，結(jié)果使第一級(jí)火箭和平臺(tái)都有不同程度的損毀。

這次發(fā)射的第二項(xiàng)任務(wù)雖是次要任務(wù)，但更加令人關(guān)注，因?yàn)槭鞘状位厥斋C鷹-9火箭的第一級(jí)到海上浮動(dòng)回收平臺(tái)上。其成功的標(biāo)準(zhǔn)是第一級(jí)火箭要能證明火箭上的著陸支架對(duì)火箭上升段沒(méi)有影響；要能分3次重啟主發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)制動(dòng)減速；要能用氮推力器實(shí)現(xiàn)第一級(jí)垂直返回的姿態(tài)控制；要能成功打開(kāi)著陸支架；要能以接近零的速度精確著陸在指定的海上浮動(dòng)回收平臺(tái)上。該平臺(tái)全稱為“自主航天港無(wú)人駕駛船”（ASDS），位于距離發(fā)射場(chǎng)600km的海面著陸區(qū)域。它不僅是一個(gè)浮動(dòng)平臺(tái)，面積為91m×52m，猶如一個(gè)足球場(chǎng)大，并裝有用于穩(wěn)定獲移動(dòng)的推力器，可自主航行到降落海域。這個(gè)由深海石油鉆井平臺(tái)基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的平臺(tái)即使遇到一些風(fēng)浪，其位置保持精度也能控制在3m以內(nèi)，它未來(lái)還將具備為回收的第一級(jí)火箭加注燃料的能力，以便重復(fù)使用。

另外，回收火箭還能保障地面人員和財(cái)產(chǎn)的安全，因?yàn)楝F(xiàn)在的火箭發(fā)射時(shí)那些被拋下的部件中，除了第三級(jí)火箭外，其他部件會(huì)因?yàn)楦叨炔蛔?，無(wú)法完全燃燒而成為殘骸降落到地面或水面，這樣就不可避免地會(huì)有火箭殘骸落入民居損壞財(cái)物，甚至傷人?；厥栈鸺部梢员Ｗo(hù)環(huán)境，因?yàn)橐恍┗鸺娜剂鲜怯卸镜?，每次發(fā)射后會(huì)殘留一些，這些殘留燃料會(huì)隨著火箭落地而污染環(huán)境。如果能回收第一級(jí)甚至第二級(jí)火箭，就可使火箭殘骸不會(huì)砸在地面和水中完全解體，也就不會(huì)讓剩余燃料更多地污染環(huán)境。

所以，回收火箭意義重大，但風(fēng)險(xiǎn)也很大。不過(guò)萬(wàn)事開(kāi)頭難，這次獵鷹-9火箭的第一級(jí)雖落在海上浮動(dòng)回收平臺(tái)上了，但它在最后關(guān)頭出現(xiàn)失控，使火箭以大約45°角一頭撞上海上浮動(dòng)回收平臺(tái)并發(fā)生劇烈爆炸，造成平臺(tái)部分輔助設(shè)施損毀。失敗主要的原因是火箭液壓油不足，從而導(dǎo)致其4個(gè)穩(wěn)定柵格翼無(wú)法有效發(fā)揮作用。

雖然首次回收獵鷹-9火箭的第一級(jí)沒(méi)有成功，但太空探索技術(shù)公司并不氣餒，而早有思想準(zhǔn)備。事前，該公司老板馬斯克（Musk)就對(duì)外表示，首次回收火箭的成功率不到50%，他準(zhǔn)備進(jìn)行10多次回收試驗(yàn)。

2月12日，在獵鷹-9火箭進(jìn)行今年第二次發(fā)射時(shí)，又進(jìn)行了回收該火箭第一級(jí)的試驗(yàn)。此次發(fā)射的主任務(wù)是把一顆被擱置十余年的“深空氣候觀測(cè)臺(tái)”（DSCOVR）送入距離地球1500000km的地日拉格朗日1點(diǎn)，這也是太空探索技術(shù)公司首次執(zhí)行深空任務(wù)。主任務(wù)完成的很順利，但原計(jì)劃中更引人注目的使第一級(jí)火箭在海上浮動(dòng)回收平臺(tái)“精準(zhǔn)著陸”的試驗(yàn)，卻因大風(fēng)作怪改為技術(shù)難度相對(duì)低一些的在海上軟著陸試驗(yàn)，但取得了成功。

回收獵鷹-9火箭的第一級(jí)到海上浮動(dòng)回收平臺(tái)

發(fā)射前，太空探索技術(shù)公司就發(fā)表聲明說(shuō)，由于海上天氣特別惡劣，掀起的海浪有3層樓高，海上浮動(dòng)回收平臺(tái)無(wú)法在這樣的天氣條件下工作，而且該平臺(tái)的4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中也只有3臺(tái)工作，因而導(dǎo)致平臺(tái)無(wú)法固定，為此取消了在海上浮動(dòng)回收平臺(tái)的軟著陸試驗(yàn)，改為在海上軟著陸。原以為由于風(fēng)太大，海浪有三層樓高，即使在海上軟著陸，成功率也不到1%，但沒(méi)想到卻取得了成功?；鸺谝患?jí)在大西洋海面成功實(shí)現(xiàn)軟著陸，著陸精度在10m以內(nèi)，第一級(jí)以完美的狀態(tài)垂直入海。充分表明在天氣狀況好的情況下，火箭第一級(jí)完全有能力在海上浮動(dòng)回收平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)軟著陸。

之所以要在大風(fēng)條件下發(fā)射，是因?yàn)榇饲耙岩蚣夹g(shù)和天氣原因推遲了2次發(fā)射，如果再推遲，由于月球的位置關(guān)系，“深空氣候觀測(cè)臺(tái)”衛(wèi)星的發(fā)射窗口要等到2月20日之后才有。

這次回收試驗(yàn)汲取了首次測(cè)試失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在獵鷹-9火箭的推進(jìn)器中多加了50%的液壓油量，以確保火箭在返回地球時(shí)能夠擁有足夠的使用余量。

美國(guó)太空探索技術(shù)公司今年有17次火箭發(fā)射計(jì)劃，因此，該公司將有足夠多的機(jī)會(huì)來(lái)嘗試進(jìn)行火箭回收工作。

在馬斯克的設(shè)想中，火箭自主降落技術(shù)除了能夠用于回收發(fā)動(dòng)機(jī)外，還能實(shí)現(xiàn)火星表面軟著陸，未來(lái)開(kāi)發(fā)的載人火星飛船將通過(guò)這個(gè)技術(shù)降落在火星表面。

“深空氣候觀測(cè)臺(tái)”被送入地日拉格朗日1點(diǎn)

3 三大技術(shù)是關(guān)鍵

要實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭的可重復(fù)使用，回收技術(shù)是關(guān)鍵。據(jù)權(quán)威專家介紹，目前火箭回收技術(shù)有4種方案：第一種是降落傘垂直下降方案，即在火箭分離后先進(jìn)行空中制動(dòng)變軌進(jìn)入返回地球大氣層的返回軌道，接著在低空采用降落傘減速，最后打開(kāi)氣囊或用緩沖發(fā)動(dòng)機(jī)著陸。第二種是動(dòng)力反推垂直下降方案，其空中變軌制動(dòng)同第一種，但在低空采用發(fā)動(dòng)機(jī)反推減速，以垂直下降方式降落地面，美國(guó)獵鷹-9火箭采用這種方案。第三種是無(wú)動(dòng)力滑翔飛行水平降落方案，即箭體采用翼式飛行體，在變軌制動(dòng)后，火箭依靠翼身的氣動(dòng)力滑翔飛行，像飛機(jī)一樣水平降落返回地面。第四種是有動(dòng)力滑翔水平降落方案，即箭體采用裝有渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的翼式飛行體，在返回地面過(guò)程中啟動(dòng)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行巡航機(jī)動(dòng)飛行，可實(shí)現(xiàn)更大范圍的回收區(qū)選擇。

美國(guó)航天飛機(jī)是目前世界上唯一實(shí)現(xiàn)可回收的航天運(yùn)輸器，并能部分重復(fù)使用。它由助推器、軌道器和外貯箱三大部分組成。助推器相當(dāng)于運(yùn)載火箭的第一級(jí)，它在分離后飛行速度不大，所以沒(méi)進(jìn)行空中變軌制動(dòng)，回收采用降落傘垂直下降方案。軌道器相當(dāng)于運(yùn)載火箭第二級(jí)，飛行速度較大，在返回地球大氣層之前進(jìn)行了變軌制動(dòng)來(lái)降低飛行速度并改變飛行方向（調(diào)整姿態(tài)返回），航天飛機(jī)軌道器是翼式飛行體，回收采用無(wú)動(dòng)力滑翔飛行水平降落方案，它能像飛機(jī)一樣水平滑翔降落于預(yù)定回收地點(diǎn)的機(jī)場(chǎng)跑道上。外貯箱是一次性使用，不回收。美國(guó)航天飛機(jī)在回收技術(shù)上取得了巨大成功，但由于風(fēng)險(xiǎn)大、費(fèi)用高而退役了。

其實(shí)，早在20世紀(jì)90年底，美國(guó)麥道公司就開(kāi)始用“三角快帆”（又叫“德?tīng)査旆保╋w行器試驗(yàn)動(dòng)力反推垂直下降技術(shù)?！叭强旆笔鞘澜缟系?個(gè)以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力、垂直起降的完全重復(fù)使用運(yùn)載器。它進(jìn)行了4次飛行試驗(yàn)，最大飛行高度3155m，然后像直升機(jī)一樣，用4臺(tái)小發(fā)動(dòng)機(jī)反推減速，最終達(dá)到平穩(wěn)著陸的目的。后來(lái)由于在第4次飛行試驗(yàn)中“三角快帆”被燒毀，使該計(jì)劃提前結(jié)束。不過(guò)，“三角快帆”的垂直起降試驗(yàn)表明，火箭采用動(dòng)力反推垂直下降技術(shù)是可行的。然而，要實(shí)現(xiàn)運(yùn)載火箭的垂直起降需攻克三大關(guān)鍵技術(shù)。

第一是控制火箭姿態(tài)。因?yàn)樵绞羌?xì)長(zhǎng)的東西，越不好控制其姿態(tài)，要使細(xì)長(zhǎng)的箭體垂直精確著陸在指定地點(diǎn)就更難。在返回過(guò)程中，獵鷹-9第一級(jí)火箭是通過(guò)箭上的液氮推力器來(lái)調(diào)整姿態(tài)的，以應(yīng)對(duì)氣動(dòng)扭矩和旋轉(zhuǎn)的影響，使其幾乎沒(méi)有任何滾轉(zhuǎn)，在降落過(guò)程中一直與地面保持垂直狀態(tài)。有人形容其難度猶如“在狂風(fēng)中讓掃帚柄直立于手掌上”。另外，箭體上還有4個(gè)可展開(kāi)的側(cè)翼，它用于通過(guò)GPS衛(wèi)星制導(dǎo)來(lái)協(xié)助控制火箭朝平臺(tái)降落，使其最終落地的精度在10m以內(nèi)。2015年1月10日的這次返回，獵鷹-9火箭第一級(jí)的落點(diǎn)相當(dāng)準(zhǔn)確。

世界上第1個(gè)以火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力、垂直起降的完全重復(fù)使用運(yùn)載器“三角快帆”

獵鷹-9火箭第一級(jí)接近回收平臺(tái)時(shí)展開(kāi)著陸支架

第二是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)要具有推力可調(diào)和多次啟動(dòng)的功能。為了動(dòng)力反推，火箭多帶了一些燃料。在第一級(jí)返回的不同高度，火箭質(zhì)量會(huì)隨著燃料快速消耗而明顯減小，所以其反推發(fā)動(dòng)機(jī)需要采用不同大小的推力，以實(shí)現(xiàn)軟著陸。獵鷹-9是通過(guò)部分主發(fā)動(dòng)機(jī)2次點(diǎn)火制動(dòng)來(lái)減速的。在火箭主發(fā)動(dòng)機(jī)的控制軟件中設(shè)置了矢量推力點(diǎn)，它能控制火箭的下落速度。在火箭升空約3min時(shí)，其第一級(jí)與第二級(jí)火箭分離，然后第一次重啟部分主發(fā)動(dòng)機(jī)，以降低第一級(jí)的降落速度，使其能夠降落到距離卡納維拉爾角數(shù)百km的太平洋海面；當(dāng)?shù)谝患?jí)火箭快要落入大西洋時(shí)，再重啟它的另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，以進(jìn)一步減速。最終要使火箭的速度由初始的1300m/s減到2m/s。另外，在第一級(jí)接近海上浮動(dòng)回收平臺(tái)前，安裝在第一級(jí)底部的四個(gè)著陸支架要打開(kāi)，它由碳纖維和鋁蜂窩板制成，高約 7.62m，帶有液壓減震器，可進(jìn)一步減少垂直著陸時(shí)的巨大沖擊，從而在回收平臺(tái)上軟著陸。著陸后8s內(nèi)，箭上計(jì)算機(jī)仍要不斷傳回信號(hào)，直至第一級(jí)呈現(xiàn)水平狀態(tài)時(shí)為止。在2015年1月10日第一級(jí)的回落過(guò)程中，獵鷹-9很可能沒(méi)有控制好速度，導(dǎo)致了其與回收平臺(tái)發(fā)生碰撞。

第三是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)要能重復(fù)使用，且每次飛行后只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單維修和加注燃料就能再次發(fā)射。目前的運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)都是一次性使用的，只有航天飛機(jī)實(shí)現(xiàn)了部分重復(fù)使用。航天飛機(jī)的軌道器可重復(fù)使用100次，軌道器上的主發(fā)動(dòng)機(jī)可重復(fù)使用50次，固體助推火箭可重復(fù)使用20次。但航天飛機(jī)的軌道器在每次飛行后，要經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的維修并耗費(fèi)大量資金，因而沒(méi)能降低成本。所以，必須研制出能像普通飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)那樣可重復(fù)使用的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，且每次回收后的維修成本和時(shí)間必須很少才行。

獵鷹-9火箭第一級(jí)的四個(gè)著陸支架

“蚱蜢”火箭成功垂直著陸

4 探索鑄就新輝煌

雖然頭2次回收獵鷹-9第一級(jí)火箭到回收平臺(tái)上的試驗(yàn)都失敗了，但這也在預(yù)料之中。美國(guó)太空探索技術(shù)公司的CEO馬斯克在發(fā)射前就表示，回收的成功率不會(huì)超過(guò)50%。第1次回收失敗后馬斯克說(shuō)，回收接近成功，但最終功虧一簣，希望將來(lái)一切都好。太空探索技術(shù)公司今后還將進(jìn)行多次發(fā)射試驗(yàn)。想當(dāng)年，馬斯科剛開(kāi)始試射獵鷹-1火箭時(shí)曾連續(xù)3次發(fā)射失敗，導(dǎo)致很多人都懷疑民營(yíng)航天公司的能力，但他還是堅(jiān)定不移，結(jié)果第4次發(fā)射獲得了成功。此后發(fā)射的獵鷹-9火箭全部獲得成功。正是這種不怕失敗的科學(xué)探索精神成就了該公司的宏圖偉業(yè)。

其實(shí)此前，太空探索技術(shù)公司已進(jìn)行過(guò)大量的火箭動(dòng)力反推垂直下降試驗(yàn)，其中包括多次發(fā)射只裝有1臺(tái)隼-1D發(fā)動(dòng)機(jī)的“蚱蜢”火箭，其第一次回收時(shí)的飛行高度為73m，然后成功著陸；此后回收時(shí)的飛行高度逐步增加，現(xiàn)已達(dá)到744m,都回收成功。其回收高度今后有可能依次增到1524m、2286m、3505m等。

2010年首次發(fā)射獵鷹-9火箭時(shí)，曾配備了降落傘以減緩第一級(jí)落入海洋時(shí)的速度，但第一級(jí)火箭沒(méi)能挺過(guò)再入大氣層時(shí)遭遇的空氣阻力。2013 年 9月，升級(jí)之后的獵鷹-9v1.1火箭在首次執(zhí)行發(fā)射任務(wù)時(shí)，曾經(jīng)嘗試過(guò)在水上回收第一級(jí)火箭，但由于發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供應(yīng)不足，從而使火箭第一級(jí)砸在水面上而四分五裂。在2014年4月試驗(yàn)中，獵鷹-9第一級(jí)回收時(shí)已能降至懸停程度，成功地實(shí)現(xiàn)了歷史上第一次火箭的軟著陸，但該火箭隨后在公海上側(cè)翻并毀壞，以至無(wú)法修復(fù)。在2014年7月的試驗(yàn)中，對(duì)獵鷹-9第一級(jí)火箭進(jìn)行了“軟著陸”測(cè)試，即在它接近海平面時(shí)被調(diào)整成水平方向，目的是希望可以完好無(wú)損地回收，但海水破壞了箭體，因而也無(wú)法重復(fù)使用。在這些回收試驗(yàn)中，回收的著陸精度在10km以內(nèi);而在2015年1月10日的回收試驗(yàn)中，著陸精度要求為10m，因?yàn)榛鸺谝患?jí)要落在海上浮動(dòng)回收平臺(tái)上。

華盛頓大學(xué)空間研究院教授羅杰斯頓(Logsdon)認(rèn)為，可重復(fù)使用火箭極具吸引力，因?yàn)樗墒姑看伟l(fā)射的費(fèi)用大大降低，這就意味著能設(shè)計(jì)比現(xiàn)在便宜得多的衛(wèi)星，而不必再花費(fèi)大量資金來(lái)確保其長(zhǎng)壽命的工作狀態(tài)，因?yàn)榘l(fā)射費(fèi)用很便宜，如果衛(wèi)星壞了，再發(fā)射一顆填補(bǔ)空缺便是?！庇?guó)金斯頓大學(xué)火箭實(shí)驗(yàn)室主管貝克(Baker)博士也有同感，他表示，如果能夠?qū)⒒鸺l(fā)射費(fèi)用成功降低50%以上，那么更多的太空應(yīng)用將會(huì)變得可能。

也有人擔(dān)心獵鷹-9重蹈航天飛機(jī)覆轍。當(dāng)年研制航天飛機(jī)的初衷也是通過(guò)研制可重復(fù)使用航天器來(lái)降低費(fèi)用，然而航天飛機(jī)技術(shù)和維護(hù)的極度復(fù)雜性讓這種成本節(jié)約的初衷完全成了泡影。歐洲咨詢公司的維蘭(Villain)認(rèn)為：“火箭發(fā)射市場(chǎng)的客戶們并不關(guān)心火箭的可重復(fù)使用性，他們要的是在盡可能便宜的情況下實(shí)現(xiàn)高可靠的發(fā)射服務(wù)?！彼f(shuō)：“可重復(fù)使用性是服務(wù)提供方面臨的問(wèn)題，而不是客戶面臨的問(wèn)題。衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)方一般而言只有三個(gè)大的要求：按時(shí)，保質(zhì)，價(jià)格合理。”美國(guó)洛馬公司發(fā)射服務(wù)部主管克利夫（Cleave）表示，回收火箭是一個(gè)天方夜譚。因?yàn)榛厥栈鸺婕安牧峡茖W(xué)、控制，還涉及運(yùn)行效率。關(guān)鍵是要回收任何物質(zhì)，就得把更多的物體和重量發(fā)射入軌。這必須對(duì)物理定律作更多的研究才能做到。

但不管怎樣，美國(guó)太空探索技術(shù)回收運(yùn)載火箭的試驗(yàn)已經(jīng)邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步，成功地?cái)噭?dòng)了火箭工業(yè)界。即使不重復(fù)使用，獵鷹-9的發(fā)射成本也很低，并可提供全套的發(fā)射服務(wù)，包括任務(wù)綜合費(fèi)用、發(fā)射場(chǎng)費(fèi)用和附加費(fèi)用。這些已讓傳統(tǒng)火箭發(fā)射的供應(yīng)商感到威脅，為此歐洲在2014年決定開(kāi)始研發(fā)下一代新型火箭阿里安-6，以提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，但該火箭仍是一次性使用的。如果今后獵鷹-9可以重復(fù)使用了，那么一切都不再話下?；厥栈鸺烤故翘旆揭棺T還是一種可以實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想呢？也許現(xiàn)在是天方夜譚，未來(lái)未必就是天方夜譚。

發(fā)射獵鷹-9v1.1火箭

5 未來(lái)前景更廣闊

今后，太空探索技術(shù)公司還將試驗(yàn)回收獵鷹-9火第二級(jí)的技術(shù)。其第一級(jí)由亞軌道垂直返回，由于第二級(jí)飛得高，所以難度更大，回收再入大氣層時(shí)需要熱防護(hù)系統(tǒng)保護(hù)才行。

太空探索技術(shù)公司還擬搶在美國(guó)航空航天局之前，率先研制出 “獵鷹重型”火箭。該火箭可以把質(zhì)量53t的有效載荷送到近地軌道，且很便宜，并能滿足載人航天的條件，有望于今年首次試射，引起航天工業(yè)的重大變革。最近，太空探索技術(shù)公司對(duì)外公布了一段概念視頻，在這段視頻中可以看到一枚“獵鷹重型”火箭的全部三個(gè)助推火箭都在發(fā)射之后自動(dòng)返回卡納維拉爾角的發(fā)射平臺(tái)。該公司也在考慮研制更為強(qiáng)大的火箭-“超級(jí)獵鷹”，其運(yùn)載能力將是“重型獵鷹”的3倍。借助這種火箭，無(wú)論是重返月球，進(jìn)軍火星或者其他更遠(yuǎn)天體都沒(méi)有問(wèn)題。馬斯科希望在10～20年內(nèi)率先把航天員送上火星。

在“龍”飛船研制方面，太空探索技術(shù)公司也采用了創(chuàng)新設(shè)計(jì)和技術(shù)?！褒垺憋w船可以客貨兩用，分載貨型和載人型兩種。這樣設(shè)計(jì)的好處是可以降低風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約成本。因?yàn)樵摴究上韧ㄟ^(guò)發(fā)射多艘載貨型“龍”飛船來(lái)掌握飛船的主要技術(shù)，降低研制載人型“龍”飛船的研制難度和風(fēng)險(xiǎn)，并及早獲得商業(yè)利益（它還是目前唯一可以返回的貨運(yùn)飛船，因而能帶回一些空間站上的實(shí)驗(yàn)樣品等）。然后以此為基礎(chǔ)，花較少的費(fèi)用和時(shí)間就能研制出載人型“龍”飛船。為了確?！褒垺憋w船能快速?gòu)呢涍\(yùn)艙轉(zhuǎn)換成乘員艙，除了乘員逃逸系統(tǒng)、生命保障系統(tǒng)和允許乘員利用飛行計(jì)算機(jī)控制船載控制系統(tǒng)外，載貨型“龍”飛船的貨艙和載人型“龍”飛船的乘員艙在結(jié)構(gòu)上幾乎是相同的。另外，未來(lái)的“龍”飛船另一大特點(diǎn)是不像目前的飛船只能使用1次，而是可重復(fù)使用10次。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，研制可重復(fù)使用的火箭和飛船可使人類探訪甚至移居其他星球的夢(mèng)想成真。現(xiàn)在載人航天最大的一個(gè)瓶頸就是成本太高，限制了進(jìn)入太空的人數(shù)。如果可重復(fù)使用航天技術(shù)取得了實(shí)用性進(jìn)展，未來(lái)將會(huì)大大加速人類進(jìn)入太空的步伐。

曉柯/文

在海上回收載貨型“龍”飛船，它目前還不能重復(fù)使用

Recovering Falcon 9 Rocket