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2015年1月10日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）進(jìn)行CRS-5任務(wù)的發(fā)射，使用龍式飛船執(zhí)行例行的國(guó)際空間站貨運(yùn)任務(wù)。不過(guò)，對(duì)于絕大多數(shù)航天專(zhuān)家和愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，這次發(fā)射任務(wù)更值得關(guān)注的是獵鷹9號(hào)（Falcon 9）火箭第一級(jí)的海上回收試驗(yàn)，因?yàn)檫@是人類(lèi)第一次真正意義上的火箭回收試驗(yàn)。

北京時(shí)間2015年1月10日17：47，由 SpaceX研制的獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭在歷經(jīng)兩次推遲后終于成功發(fā)射，其搭載的“龍”飛船已成功進(jìn)入預(yù)定軌道，NASA稱(chēng)飛船一切正常，但火箭的回收工作卻遭遇了挫折。SpaceX的CEO伊隆·馬斯克在推特中表示：“火箭（回落時(shí)）趕上了海洋平臺(tái)，但著陸時(shí)發(fā)生了狀況（硬著陸），接近成功，但最終功虧一簣。”

此前，官方形容回收難度：“就像你在風(fēng)暴里嘗試用單手掌使一個(gè)豎立的掃把保持平衡”，由于火箭一級(jí)返回初始速度高達(dá)1300m/s，而最終落地的精度要求在10米以?xún)?nèi)，并保持2m/s的速度落到海洋平臺(tái)上。伊隆·馬斯克之前曾表示，回收的成功率應(yīng)該不會(huì)超過(guò)50%。

火箭在回落過(guò)程中很可能沒(méi)有控制好速度，導(dǎo)致其與海洋回收平臺(tái)發(fā)生了“碰撞”，使平臺(tái)受損，“碰撞”對(duì)后面的回收工作造成了一定的影響，正如馬斯克所說(shuō)，這次的回收算不上成功。

實(shí)際上，如果“獵鷹9號(hào)”可回收火箭能成功實(shí)現(xiàn)回收，對(duì)太空探索領(lǐng)域來(lái)說(shuō)將具有跨時(shí)代的意義，通過(guò)該火箭的自主返回技術(shù)，它將大幅縮減太空旅行的花銷(xiāo)。據(jù)估計(jì)，若能實(shí)現(xiàn)火箭的全面回收，預(yù)期發(fā)射成本將降低99%。

無(wú)論有沒(méi)有關(guān)注過(guò)航天，任何人對(duì)航天發(fā)射的高昂費(fèi)用恐怕都有所耳聞。SpaceX以發(fā)射價(jià)格低廉而聞名，可是上官網(wǎng)查查它的發(fā)射報(bào)價(jià)，主力獵鷹9號(hào)火箭一次發(fā)射也要5650萬(wàn)美元，折算成人民幣就是3.5億元。

居高不下的航天發(fā)射成本，制約著航天工業(yè)的發(fā)展。

那么，有沒(méi)有辦法降低成本呢？其實(shí)一枚火箭的成本，燃料僅占很小一部分，火箭的導(dǎo)航制導(dǎo)控制、儲(chǔ)箱和發(fā)動(dòng)機(jī)等部分，才是絕對(duì)的大頭。如果一枚火箭可以重復(fù)使用，就可以大大降低成本。于是，工程師提出了可重復(fù)使用航天器的概念，試圖從根本上降低成本。只是誰(shuí)也不曾想到，這條道路竟然如此艱難和漫長(zhǎng)。

人類(lèi)進(jìn)入航天時(shí)代之初，激情澎湃的工程師提出了一個(gè)個(gè)今天看起來(lái)也極為震撼的方案。

美國(guó)通用動(dòng)力公司1962年的Nexus火箭，高122米，直徑50米，起飛質(zhì)量約2.4萬(wàn)噸，可將超過(guò)1000噸的載荷送入近地軌道。它采用的是單級(jí)入軌的設(shè)計(jì)。Nexus火箭將載荷送入軌道后，火箭整體再送入大氣層并落向大海，并使用反沖火箭降低濺落時(shí)的沖擊力?；鸺幼⑷剂虾?，即可繼續(xù)投入發(fā)射。

從某種意義上說(shuō)，Nexus火箭是今天獵鷹9號(hào)第一級(jí)再入海上回收的開(kāi)山鼻祖，即使是50年前的設(shè)計(jì)，無(wú)論運(yùn)輸能力之強(qiáng)還是概念的先進(jìn)性，都要比獵鷹9號(hào)更為高端大氣上檔次！唯一的問(wèn)題在于，它的研制難度實(shí)在太高，以至于到現(xiàn)在也不可能做得出來(lái)，只有谷歌的同名手機(jī)大行于世。

20世紀(jì)90年代，“航天飛機(jī)之父”馬科斯·穆勒參與創(chuàng)建了基斯特勒宇航公司（Kistler）。他們的K-1火箭開(kāi)創(chuàng)性地提出第一級(jí)低速分離，自行飛回發(fā)射場(chǎng)，以及氣囊輔助降落傘著陸的可重復(fù)使用方案。K-1火箭也曾和SpaceX的獵鷹9號(hào)火箭一起入選美國(guó)航天局的商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)（COTS），但由于進(jìn)度超標(biāo)等一系列因素，最終被軌道科學(xué)公司替換了。此后，基斯特勒宇航公司資金鏈斷裂，K-1火箭也胎死腹中。

馬科斯·穆勒是上一個(gè)時(shí)代的英雄，埃隆·馬斯克無(wú)疑是當(dāng)代的英杰。

馬斯克認(rèn)為，星際殖民是人類(lèi)文明未來(lái)存續(xù)的關(guān)鍵，而廉價(jià)進(jìn)入太空的能力，是航天大發(fā)展的根基。他認(rèn)為只有重復(fù)使用的運(yùn)載工具，才是人類(lèi)航天的未來(lái)。

馬斯克曾以自己的獵鷹9號(hào)火箭舉例，火箭成本5000萬(wàn)美元，但燃料費(fèi)用僅有20萬(wàn)美元。通過(guò)重復(fù)使用，理論上可以將成本降低為現(xiàn)在的1%。他更放出豪言，如果火箭發(fā)射報(bào)價(jià)不能降低為現(xiàn)在的1/20，他的努力就算失敗了。

說(shuō)出這句話(huà)之前，馬斯克的SpaceX就在追求研制可重復(fù)使用運(yùn)載工具。獵鷹火箭設(shè)計(jì)之初，就為回收利用的降落傘預(yù)留了位置，而獵鷹9號(hào)火箭的前幾次發(fā)射，也積極進(jìn)行了降落傘回收的試驗(yàn)。不過(guò)遺憾的是，火箭第一級(jí)再入后便失去聯(lián)系。

分析認(rèn)為，無(wú)控再入大氣層時(shí)過(guò)載很大，還未減速降低到降落傘開(kāi)傘的速度和高度，火箭第一級(jí)就已經(jīng)被撕碎解體了。SpaceX后來(lái)決定，為獵鷹9號(hào)火箭第一級(jí)增加冷氣噴射的姿態(tài)控制系統(tǒng)，維持其再入姿態(tài)，火箭第一級(jí)再次點(diǎn)火飛回發(fā)射場(chǎng)。不過(guò)馬斯克也沒(méi)有照搬穆勒的設(shè)計(jì)，而是提出一個(gè)新的方法：火箭第一級(jí)將受控垂直降落。

垂直起降（VTVL）航天器從來(lái)不是一個(gè)新鮮的設(shè)計(jì)，美國(guó)人很早就在探討這個(gè)概念?？上В@個(gè)大坑坑殺了無(wú)數(shù)前仆后繼的航天英豪。

馬斯克的“蚱蜢”和獵鷹9號(hào)返回試驗(yàn)器之前，最著名的垂直起降航天器當(dāng)屬麥道公司的三角快帆（DC-X）試驗(yàn)飛行器。DC-X并不打算進(jìn)行軌道飛行，而是用于驗(yàn)證垂直起飛和降落的技術(shù)。

垂直起飛是運(yùn)載火箭的主流，但垂直降落還沒(méi)人實(shí)現(xiàn)。DC-X試驗(yàn)飛行器成功進(jìn)行了多次試飛，驗(yàn)證了飛行和垂直降落的技術(shù)，飛行時(shí)間從59秒逐漸增加到136秒，最高高度達(dá)到2500米——這是SpaceX的“蚱蜢”飛行器至今沒(méi)能達(dá)到的記錄。

盡管DC-X及后續(xù)的DC-XA試驗(yàn)經(jīng)歷過(guò)兩次飛行器墜地事故，但總的來(lái)說(shuō)，三角快帆系列實(shí)驗(yàn)相當(dāng)成功，以幾千萬(wàn)美元的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行了垂直起降的驗(yàn)證，獲得了大量的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)航天工業(yè)的技術(shù)積累，很大程度上就是DC-X這類(lèi)驗(yàn)證項(xiàng)目支撐起來(lái)的。

進(jìn)入21世紀(jì)后，很多新興航天公司對(duì)垂直起降技術(shù)大感興趣。作為其中的佼佼者，藍(lán)色起源公司招攬了部分當(dāng)年在麥道公司參與DC-X項(xiàng)目的人員，進(jìn)行New Shepard垂直起降航天器的研制。它的縮比驗(yàn)證飛行器在第二次試驗(yàn)中飛到14000米高空，并達(dá)到1.4馬赫的速度。不過(guò)由于在高速飛行中失控，試驗(yàn)飛行器墜毀，此后再無(wú)下文。

與失敗的前輩們相比，SpaceX最難能可貴的就是務(wù)實(shí)和堅(jiān)持。他們研制“蚱蜢”垂直起降試驗(yàn)飛行器，為火箭定點(diǎn)垂直著陸進(jìn)行試驗(yàn)。后來(lái)，該公司又改裝了一個(gè)獵鷹9號(hào)火箭的第一級(jí)（F9R）進(jìn)行垂直起降試驗(yàn)，計(jì)劃飛到更高的高度和速度。

與此同時(shí)，SpaceX還在進(jìn)行獵鷹9號(hào)火箭第一級(jí)完整再入大氣層和著陸試驗(yàn)，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)火箭第一級(jí)再入并飛回發(fā)射場(chǎng)。他們不僅要進(jìn)行重復(fù)使用，還要為更遙遠(yuǎn)的快速周轉(zhuǎn)打下基礎(chǔ)。

2013年9月29日，獵鷹9號(hào)火箭第一級(jí)首次嘗試受控再入返回。這次飛行中第一級(jí)火箭成功完成了第二次點(diǎn)火減速、受控再入和第三次點(diǎn)火，但點(diǎn)火后箭體滾轉(zhuǎn)速度過(guò)快，說(shuō)明姿態(tài)控制系統(tǒng)能力有所不足。火箭第三次點(diǎn)火成功后很快關(guān)機(jī)，箭體以45米/秒的速度摔壞了，不過(guò)這次成功足以讓人大喜過(guò)望。

值得一提的是，獵鷹9號(hào)火箭第一級(jí)的第二次點(diǎn)火是在高空高超音速下進(jìn)行的，這對(duì)火星探測(cè)有很大的意義。

由于火星大氣過(guò)稀薄減速慢，現(xiàn)有的亞音速降落傘只能在低海拔地區(qū)使用，要降落到高海拔地區(qū)需要難度極大的超音速降落傘或是高空火箭反推技術(shù)。SpaceX進(jìn)行的世界首次高空高超音速下的點(diǎn)火，正是美國(guó)航天局夢(mèng)寐以求但暫時(shí)沒(méi)有預(yù)算進(jìn)行研制的技術(shù)。

2014年4月22日的CRS-3貨運(yùn)任務(wù)中，獵鷹9號(hào)火箭第一級(jí)進(jìn)行了第二次受控再入。箭體加上4只著陸腿后，火箭第一級(jí)姿態(tài)得到了很好的控制，海面上方的第三次點(diǎn)火成功將下落速度降到很低，第一級(jí)落水后還發(fā)送了8秒的信號(hào)，證明火箭第一級(jí)成功實(shí)現(xiàn)軟落水?？上М?dāng)時(shí)海上風(fēng)浪很大，箭體最終還是破碎了。

受此鼓舞，SpaceX決定再次進(jìn)行受控再入試驗(yàn)，也就是此次進(jìn)行的海上平臺(tái)降落試驗(yàn)。

海上定點(diǎn)降落，主要難度在于駁船長(zhǎng)寬只有300英尺×100英尺，而火箭第一級(jí)著陸腿展開(kāi)后就有70英尺，加上駁船無(wú)法固定，精度達(dá)到10米以?xún)?nèi)精確“命中靶心”十分困難。

不過(guò)，這次試驗(yàn)第一級(jí)箭體綜合使用了反作用力控制系統(tǒng)、柵格翼氣動(dòng)控制裝置、GPS定位系統(tǒng)和著陸雷達(dá)等多種手段，保證10米級(jí)別的制導(dǎo)降落精度并不太難。況且，啟動(dòng)主發(fā)動(dòng)機(jī)減速和垂直降落，更是“蚱蜢”和F9R飛行器曾多次試驗(yàn)過(guò)的內(nèi)容?？偟恼f(shuō)來(lái)，這次試驗(yàn)的難度要比前兩次試驗(yàn)小一些。但不幸的是，試驗(yàn)最終還是失敗了。

獵鷹9號(hào)的這次試驗(yàn)，是人類(lèi)現(xiàn)役運(yùn)載火箭的第一次回收試驗(yàn)，它意味著，人類(lèi)距離火箭第一級(jí)的重復(fù)使用將只有一步之遙。試驗(yàn)雖然最后還是失敗了，但我們期待著SpaceX能獲得一枚完整的火箭第一級(jí)，更期待他們能在不遠(yuǎn)的將來(lái)實(shí)現(xiàn)火箭的重復(fù)使用，從而大幅度降低火箭發(fā)射費(fèi)用，造福于人類(lèi)的航天事業(yè)?。▉?lái)源：騰訊網(wǎng) 責(zé)任編輯/余風(fēng)）