SpaceX: There and Back Again

经历无数次失败，弄炸了那么多的火箭，SpaceX公司终于踩在2015的尾巴上成功了！北京时间12月22日上午9点29分，SpaceX的猎鹰9号（Falcon 9），在运送电信公司Orbcomm 11颗通讯卫星进入预定轨道后，该火箭笔直降落在地面上，成功回收一级火箭，在圣诞节的前夕，给世界送礼一份大礼。

火箭发射和回收的延时摄影

那SpaceX是如何将几十吨重的火箭平稳回收，又有哪些不可思议之处令世界震惊？就让我们一同揭开神秘面纱，共同领略背后的科技魅力。

SpaceX回收：为什么不采用降落伞系统

回收系统的核心部件就是减速装置。目前，国内外航天器的回收系统大多采用减速板、降落伞等减速方式来满足载荷舱从大气层外再入大气层中的减速要求。其中降落伞由于具有便于总体布置、质量小、对其他系统依赖度低等的特点，被广泛采用，**的“阿波罗”飞船和我国的“神舟飞船”都是利用降落伞系统使有效载荷安全着陆的。那为什么SpaceX不采用这项成熟的技术而要另辟蹊径呢，主要是有以下几点原因：

1. 考虑降落伞的使用条件，要求大气稠密，开伞高度在7-15km，开伞速度为亚音速条件，而猎鹰9号质量大且速度快，会造成降落伞开伞载荷大，开伞过程复杂并伴随着大量的摩擦热，产生巨大的安全隐患。

2. 降落伞*大的缺陷就是随风性大，落点位置很难确定，风速越大，减速时间越长，回收体就会飘得越远，*后找起来费时费力，万万比不上定点着陆。

降落伞系统

3. 关于落点速度的问题，安全的降落伞系统的着陆速度在4~7m/s，这是什么概念呢，一个人从1.5m高处跳下着地时的速度大小是5.5m/s。速度看似不大，但是有过这种经历或者跳伞的人都知道着陆时刻的冲击还是很大，人体本身存在缓冲系统尚且如此，被回收火箭的着陆冲击无疑更大，这会对火箭的结构造成很大的伤害，与马斯克重复使用火箭的意愿相悖。

4. 要知道马斯克的**目标是殖民火星，无论是蚂蚱系列还是猎鹰系列的试验与实现，都是为在火星上建立城市而打下的基础，而殖民火星的条件不允许使用降落伞。并且，那样一点都不酷呢！

SpaceX回收的意义

1. 定点着陆

此次猎鹰九号成功回收的一点惊人之处就在于其实现的定点回收。相对于以往载人飞船采用反推发动机和超过一千多平方米的降落伞相结合的方式，SpaceX这次的技术含量不容小觑。为实现精准降落在几十平米的发射台上，猎鹰九号的电子系统可谓相当复杂。遍布箭体的传感器成为所有信息汇总，计算以及调整飞行方案的关键之处。同时，为实现平稳降落，回收阶段的三台工作发动机设计也是突破以往。推力的精准可调，燃料流量的精确把控都建立在全新的燃烧室和燃料泵的设计。和以往飞船的范围搜索和预案处理相比较，SpaceX所实现的成果无疑高端大气上档次的多，所克服的难度也无异于万米打靶，正中靶心！

猎鹰9号着陆

2.人类历史上**次火箭回收

说到成功的火箭回收，可能有人会疑惑，六年前NASA曾试射了战神I-X火箭并回收了它的一级火箭，以及blue origin 今年11月份实现了火箭回收，为什么SpaceX的猎鹰9号才算是人类历史上**次回收火箭呢？

是的，战神虽然也收回了它的一级火箭，但这个一级火箭是固体火箭，和航天飞机的助推器类似，固体火箭的发动机就是它内部燃料的空腔，一经发射，发动机就烧掉了，即便收回来下次还是得重新生产，就是用一个扔一个，并没有实现真正的重复利用。若是把火箭比作汽车就能形象的说明这个问题：战神是把车开出去，收回来的时候车已经报废了，下次要用还是得重新买车；而猎鹰九号是把车开出去，回来的时候没油了，下次只要加油就可以重复用。这体现了固体发动机与液体发动机各自的优缺点，虽然液发更容易实现重复使用，但它娇贵易摔，不能进水，因此对它的回收有更高的要求。

战神1-X火箭

再看blue origin回收的new shepard，该火箭到达的*高点为329,839英尺（100.5km），还远没有达到近地轨道的高度（200~500km），只是到了外层空间的*低界限（100km），而SpaceX却可以使猎鹰九号到达预定的轨道，这是BO公司在速度和高度上都无法比拟的；另外，BO的火箭仅仅实现了自身的飞行，无其他任何空间任务，而猎鹰九号确是运载了11枚卫星，并将其送入轨道，是一枚真正意义上的运载火箭，故而它的成功回收改写了历史，颠覆了航天界。

Blue Origin 的new shepard 火箭

3. 标志着低成本太空交换时代即将到来，也就是大家所说的能以白菜价上天啦。

发射一枚运载火箭的成本包括了运载火箭的研制成本（单价）、运载火箭的发射成本、运载火箭的测控成本。其中发射成本又包括消耗的推进剂成本、发射场的使用成本以及地面各类附属设施的使用成本。小型运载火箭发射一次大约需要2000～3000万美元，大型运载火箭则要上亿，例如美国“大力神”Ⅳ火箭发射一次的总成本高达3.5亿美元，发射费用非常昂贵。但是如果火箭可以回收，那火箭发动机等需要高加工精度的机械部件可以重复使用，单次发射消耗的仅仅是燃料费用，这在总费用里只占了非常小的比重，以猎鹰九号为例，单次发射费用为5400万美元，但燃料费只有20万美元，因此回收成功就代表着航天费用可以大幅降低，白菜价上天不是梦。

“钢铁侠”马斯克带给我们的启示

在离开PayPal时，马斯克曾经思考哪些问题很有可能对人类的未来产生重大影响，他得出的结论是包括可持续发展的能源、互联网、让人类在多个星球上生活，人工智能以及重写人类基因。而他想要做的惊天动地的事情就是要专注得把其中的三件事情做好：已经实现的PayPal（支付宝的前身），大力的推动了互联网的发展，运营很成功的Tesla以及Hyper Loop，使用可持续发展的能源，以及为殖民火星而准备的SpaceX。

我想，比SpaceX实现人类历史上**次火箭回收更耀眼的是马斯克改变世界的不灭雄心和一以贯之的行动精神。无论太空旅行，殖民火星的等等脑洞大开的想法能否实现，在影响未来，改变世界的事情上，我们愿能与这个传奇怪杰一起，用行动参与其中。