火箭复用的颠覆式创新，spacex如何做到的？-凯时尊龙官网

撰文 | 程亦之（宇航科普作家）

责编 | 邸利会

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短短6年工夫，100次的回收，这一数字甚至超过了全球现役绝大多数单款火箭的发射次数；而平均每22天成功回收一次火箭，比全球现役绝大多数火箭发射节奏都要快得多。

凭借独一无二的火箭回收、复用技术与运营，spacex刷新一连串航天产业纪录——

● 截至2021年底，重复使用78次回收型火箭；

● 领先实现火箭飞船全复用模式执行载人航天（crew-2任务）；

● 突破性实现一箭11次飞行11次回收（一级火箭编号b1051.11）；

spacex这家私营发射商一跃成为全球太空快递一哥，震惊了世界，改变了行业。如今，火箭复用这一硬核技术已经撼动了整个航天发射界，让其他发射商垂涎三尺，如果不是望尘莫及，就得赶紧奋起直追……

如果说火箭是人类征服太空的通天塔，那么复用火箭曾是几近科幻级别的太空梦想。早在20世纪60年代后期，宇航先驱者们就开始构想完全可重复使用的太空发射系统。

既然航空航天不分家，人们很自然首先想到借鉴航空工业——制造一种类似飞机的可多次复用的航天运载器，成了最直接的反应，十多年后诞生的美国航天飞机、苏联暴风雪号航天飞机都是这种想法的产物。

然而想法很美好，现实很残酷。研制、维护、运营费用太高，试图通过更高的发射频次，分摊降低发射成本的想法也过于乐观，航天飞机最终并没有实现降低发射费用的目标。

由于每次发射成本高达5亿美元，且发射越多，花费越大，苏联的航天飞机仅小飞过一次，美国尽管飞过135次，但遭受了两次灾难性事故，最终不得不退出历史的天空，成为复用航天史上的绝唱。

随着航天飞机各种问题不断暴露出来，nasa开始论证第二代航天飞机和空天飞机，著名的美国国家空天飞机（nasp）、 三角快帆（dc-x）呼之欲出。

美国国家空天飞机采用水平起降、单级入轨的技术路线，更接近飞机的思路，但技术难度实在太大，单级入轨过于理想；三角快帆虽然长相怪异，不过在设计上更接近于垂直着陆火箭（vtvl），因此测试之路走得更远。

尽管三角快帆和空天飞机两个项目，由于种种原因最终半途而废，不过三角快帆作为探路者的有益探索，为日后的猎鹰火箭回收开辟了新路径。

当然，spacex也不是一开始就直得要领的。

早在2010年～2013年，1.0版猎鹰9号经过几次试水证明：降落伞式回收是个坑——采用降落伞式回收，箭体、降落伞很容易在再入大气时被摧毁、失控。

反而是，同一时期并行测试的蚱蜢原型机，却能够不断突破，最终演进成为猎鹰9号回收型火箭。直到2015年12月21日，梦想照进现实，spacex创下全球首次轨道发射火箭陆地回收的壮举。

耐人寻味的是，当年蓝色起源比spacex整整早1个月实现火箭回收，只不过新谢泼德火箭属于亚轨道试飞，且至今依然保持这一 “龟速” 状态。而猎鹰9号成功回收的同时，承运的却是spacex第20次商业发射，一箭11星部署orbcomm物联网卫星。两者起跳点从一开始就不在同一个层级。

此外，当年跟spacex一同竞争nasa货运补给订单的基斯特勒公司（rocketplane kistler），更早起步研发一款全复用火箭，代号k-1。设计回收思路：第一级采用气囊缓冲方式着陆。但这家公司却很短命，很快于2010年破产。

作为老牌航天强国的俄罗斯，尽管兜里没钱但不乏创意。

早在2007年，马克耶夫设计局就曾提出过一款类似猎鹰9号的垂直着陆回收火箭（vtvl），代号rossiyanka，比2011年spacex公布的蚱蜢原型机足足早了4年。只可惜俄航天局有眼无珠，以技术风险太大为由，最终扼杀了开发念头。

spacex之所以最终打通复用火箭路径，是诸多因素交互作用的结果。

首先不可或缺的是主因。spacex拥有一位不怕失败的灵魂人物。

马斯克亲口说过的金句——“失败越多，就越可能接近成功。如果失败得不够多，说明你还不够创新。” 面对垂直着陆回收火箭这类科幻般的技术攻关，如果没有主导者异常强大的抗压性、承受力，很难笑到最后。

反观电商出身的贝佐斯，换到太空界却变得非常保守，不断告诫研发团队：“这是一场比赛，我希望是太空史上最安全的发射系统。” 于是乌龟成了蓝色起源的吉祥物，凸显出贝佐斯的 “龟速” 信条：你只有一次一步，才能更快到达。

至于那帮老牌航天公司，无论是航天巨头还是国家队更是不敢当先，或者受困于体制，或者被既得利益或者成就所绑架、拖累，哪有锐气和魄力去敢挑战技术创新？有的也只是亦步亦趋、跟着抄作业。

此外，spacex创新力与执行力恰好匹配，最终才能把看似科幻级的垂直着陆回收火箭变成现实。

当初nasa设计复用发射系统时，假设的限制条件是 “火箭的回归需要靠空气动力学的升力”，于是催生了外形类似飞机的航天飞机。可是机翼巨大而沉重，空气动力学的升力大小，又得视机翼尺寸而定。机翼越大，虽然升力也越大，但在发射时也会增加重量、体积、阻力。

考量到这些限制后，航天飞机发射系统最终被设计成一个不伦不类的折衷方案——配有一个附加在外的巨大油箱，而且只能使用一次，航天飞机本身的滑翔能力也是相当有限。

相反，spacex彻底改变了设计思路：不再考虑什么空气动力学的升力了，就靠火箭本身动力。

其大胆之处在于需要重新点燃火箭发动机，挑战在于必须预留足够燃料，来减缓火箭降速（燃料也很重，还不能保留太多），还得依靠精湛的控制系统，以便稳定着陆过程。

一旦敲定整体设计思路，剩下来就是百折不挠的执行力、各个击破的创新力，最终得以实现敢为天下先的垂直着陆回收模式。

其实，spacex不管是垂直整合、技术创新、低价高效、成本管控，还是卓越的创新力加上罕见的执行力，早已被一遍遍反复检验过，因此才会成就如今太空领域的大赢家。

由spacex开创的一级火箭回收复用模式，从最初被业界所不齿，到如今被效仿，短短几年工夫彻底改写了全球航天发射领域的市场格局和发展趋势。

2020年底成功首飞的长征八号，升级版cz-8r作为国家队首款目标回收火箭正在研制中，计划2025年左右首度回收；

首次挑战入轨发射未果的蓝箭航天（landspace），正在研制朱雀二号甲烷液氧火箭，计划第一级采用垂直着陆回收技术；

中国民营商业航天首次成功发射入轨的星际荣耀（ispace）正在开发的双曲线二号火箭，目标也是实现垂直着陆回收；

星河动力（galactic energy）研制的帕拉斯一号火箭，设计目标也将实现多次复用，现计划2022年下半年试飞；

美国火箭实验室（rocket lab）发布的中子火箭，采用一级火箭 整流罩一体化垂直回收模式，瞄准2024年首飞；

蓝色起源（blue origin）试图打造新一代复用型火箭新格伦；

联合发射联盟（ula）希望通过火神火箭进入复用航天俱乐部；

相对论太空（relativity space）正在研制的人族r（terran r），同样瞄准垂直回收复用能力；

俄罗斯航天局（roscosmos）试图把阿穆尔火箭（amur）打造成复用回收型火箭；

欧空局（esa）寄希望于忒弥斯（themis）成为复用火箭；

印度空间研究组织（isro）期待自家下一代火箭rlv tsto有朝一日实现回收…… 

不过，纵观全球，不管是国家队还是老牌劲旅，即便从眼下开始算起，最起码至少也得5～10年才能初步掌握回收/复用火箭技术。

到那时，一路遥遥领先的太空一哥spacex，已经成为地球轨道圈的 “价格屠夫”，更可能成为深空界道高一丈的 “世外高人”——

spacex完全有能力驾驭新一代快速全复用太空运输系统——星舰（starship）；娴熟执掌超重型火箭、星舰飞船的完全复用技术；在地球空间编织点对点的全球一小时交通网；在地月轨道构建繁忙的载人月球航班；在地火之间打造定期的火星运输线……

这一切不再是航天白日梦，也不再是马斯克的个人梦想，而是人类跨出母星摇篮，构建跨星球文明，开启大航天时代的现实写照。

这一切都基于最初的复用火箭路径，未来的快速全复用模式。