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& 人类史上首次可回收火箭SpaceX发射：玩砸了
人类史上首次可回收火箭SpaceX发射：玩砸了
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　　就在今天，北京时间凌晨4时52分，SpaceX的猎鹰9号（Falcon 9）火箭在升空9分钟、把货运龙飞船送入太空后，包含引擎和燃料在内的第一级火箭，精确、稳当地降落到了距离发射场以东约300公里、位于大西洋上的海上无人回收平台上。
　　降落后，它站得非常稳，就好像它本来就在那里一样。
　　这是一个历史性的时刻，从视频里，你也可以听到人群的欢呼。在这项曾被视为“不可能实现的任务”圆满完成后，Space X的指挥中心里响起了“USA, USA, USA!”的呐喊。SpaceX的工程师们开心之余，也非常的谨慎，他们说还要再仔细地检查一下回收后的火箭，确保没有出现问题，这样才算是一次完全成功的回收。
　　美国航空航天局（NASA）也发来了贺电。
　　要知道，在经历了四次失败后，SpaceX才终于实现了人类历史上首次在海上回收火箭。这有多难呢？
　　SpaceX曾打过一个比方：
　　在陆地平台回收，就如同让你扔一根铅笔飞过帝国大厦楼顶，然后让其在暴风雨中返回落在一个鞋盒上；而海上回收，就如同让铅笔飞过帝国大厦楼顶后，精准落在一块漂浮的橡皮上面，而且不能倒。
　　此前，它要么就是爆炸，要么就是错过了回收点：
　　2015年，1月份，Space X第1次尝试回收火箭箭体，着陆目标是海上的一艘回收船。但火箭降落时似乎重重地砸到了回收船上，还砸坏了甲板等辅助设施。失败；
　　2015年4月份的第2次回收试验几乎取得成功：火箭的助推器施加反向推力，降低着陆速度，火箭慢慢地垂直着陆在海上平台上。但是，火箭在接触平台时没有稳定，最终倾倒爆炸起火。失败；
　　2015年6月，Space X计划进行第三次箭体回收的尝试，但火箭在发射升空2分钟后爆炸解体。失败；
　　就在上个月，它刚刚遭遇了一场失败，火箭没有站稳，倾倒爆炸。失败；
　　不过，这一次，在发射前，CEO 伊隆&马斯克就发了推文说，“有很大的可能，Falcon 9会成功。”
　　他的预感没有错，这次它稳稳站妥了，落在那艘被马斯克取了个稀奇古怪名字“当然我还爱你”（Of Course I Still Love You）的回收平台上。
　　没有任何火箭像猎鹰9号一样到达这样的太空高度。贝索斯的私人火箭公司Blue Origin抢走了“全球第一个“发射升空后又完好无损地返回地面的火箭”名头，但是它的火箭只能进行亚轨道飞行，远没有进入太空轨道，最高飞行速度也远低于猎鹰9号。
　　而去年12月的时候，SpaceX也曾经在佛罗里达卡纳维拉尔角对猎鹰9号成功进行过地面回收，相比在波浪中颠簸的海上平台，陆上回收平台更加稳定，当然目标也更大。
　　而这次，是猎鹰9号第一次实现难度更大、更有意义的海上回收。这次火箭回收的成功，对于以后发送太空飞船来说意义非常重大。在此之前，一旦火箭升空，就会被废弃，变成极其昂贵的一次性消耗品，而回收成功后，火箭很有可能可以重复利用、可以承担多次发射功能，成本将会大幅下降。
　　那能降低多少呢？SpaceX总裁兼首席运营官格温&肖特维尔(Gwynne Shotwell)保守估计说，回收后再发射的费用可以降低30%，但伊隆&马斯克显然更具雄心，他说，“猎鹰9号”火箭的制造成本高达6000万美元，燃料成本仅为20万美元，即使加上回收后的维修费用，他也认为完全有可能把火箭发射报价降到现在的1/20。
　　而相比起此前的陆地回收技术，海上回收技术再一次把成本节省做到了极致。由于飞行轨道和惯性，火箭的降落点往往离发射点有很远的距离，所以飞回陆地着陆场会需要额外耗费大量燃料，增加成本。因此，最节省燃料的回收方式就是将回收平台搭建在火箭的自然落点附近，这往往是在海上。所以，尽管海上回收比陆地回收难度大得多，但是成本省起来也不是一星半点儿，更具有现实意义。
　　可以说，SpaceX这次的海上回收，几乎可以和它当年四次失败后终于成功发射出第一颗火箭猎鹰1号相媲美。当年猎鹰1号的升空，让 SpaceX从NASA 获得了一笔 15 亿美元的巨额订单，彻底拯救了处在破产边缘的SpaceX和 Elon Musk。
　　根据SpaceX公布的数据，今年还有15次发射任务。这次回收成功的一级火箭如无意外，将被SpaceX修复后再次发射。如果再次发射成功，SpaceX将彻底完成太空商用火箭的复用。
　　新的时代被掀开了一个角，火星离我们近了一步，廉价太空时代的帷幕已经慢慢被拉开。
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SpaceX回收火箭，谁该颤抖了？
　　文 | 郑永春 （中国科学院国家天文台）
　　航天发展的瓶颈在运载火箭，如何把一大堆很重的物体送入太空，一直是制约人类太空探索的难点。在大多数人的概念中，火箭就应该是一次性产品，点火之后一飞冲天，把航天器（卫星或飞船）送入预定轨道，火箭的使命就完成了。
　　然而，就在日，成功实现猎鹰九号火箭回收，这意味着火箭重复利用的时代即将到来，此消息也迅速得到了扩散和传播。
猎鹰九号火箭
　　那么，SpaceX是如何实现火箭回收的呢？对未来的航天格局会有什么影响？又能对中国航天界带来什么启示？
　　在喧闹的背后，需要我们逐一冷静分析。
　　连战连败，终获成功
　　在猎鹰九号的第一级火箭实现成功回收之前，是一连串的失败。
猎鹰九号之前多次回收失败
日，猎鹰九号在执行CRS-5发射任务时测试火箭回收技术。第一级火箭在发射后，落向大西洋上一艘驳船改装的着陆平台，虽然准确地命中目标，但由于下降速度过快，导致火箭在甲板上发生爆炸。
　　2月12日，在为美国国家海洋和大气管理局发射深空气候观测站（DSCOVER）卫星时，猎鹰九号再次测试火箭回收技术。由于当时海上风浪很大，驳船被迫撤回，火箭虽然在海面上成功软着陆，但最终落入水中。
　　4月14日，猎鹰九号在执行CRS-6发射任务时再次测试火箭回收技术。虽然一级火箭准确着陆在驳船甲板上，但由于横向速度过大，火箭未能在甲板上稳稳站立，最终导致倾覆爆炸。
　　6月28日，猎鹰九号第三次尝试海上回收火箭。但这次更惨，遭遇到了发射失败，火箭以及给国际空间站运货的飞船，统统在高空解体。
　　连战连败，SpaceX开始闭门思过，认真检查每一个环节，改进设计方案。他们改进了发动机引擎和火箭的多级分离系统，并调整了燃料配方。
　　在此期间，美国另一家民营航天企业蓝色起源公司的新谢泼德火箭实现了回收。虽然新谢泼德火箭只是一枚探空火箭，只是在地球大气层内的亚轨道飞行，并没有飞出地球大气层，也没有发射航天器的能力，只适用于开展商业太空旅游体验。但相关舆论给了SpaceX很大的压力。
　　闭关半年之后的12月22日，赶在圣诞节这一西方人最重要的节日之前。SpaceX再次测试火箭回收技术，终获成功。
　　这是猎鹰九号的第20次飞行，也是设计方案升级后的第一次飞行。经历了重重失败之后，所有人终于可以安心回家过新年了。
　　火箭成功发射，起飞后1分13秒，推进达到1马赫；
　　1分24秒，火箭达到最大动压；
　　2分20秒，火箭第一级关机；
　　2分24秒，火箭多级分离；
　　2分35秒，第二级火箭点火；
　　2分55秒，火箭整流罩分离；
　　4分钟左右，第一级火箭返回飞行点火；
　　8分钟左右，第一级火箭再次点火，火箭再入地球大气层；
　　9分40秒，第一级火箭稳稳站立在发射场附近的陆上着陆平台，火箭回收成功。
稳稳站立在着陆平台上的猎鹰九号
　　火箭回收难在何处
　　可回收火箭究竟难在何处？
　　难就难在十分复杂的电子系统上。电子系统是火箭的大脑，由遍布箭体的各种传感器获取火箭飞行的各种参数，然后通过信息汇总、计算，及时调整飞行方案——类似大脑的思考和决策过程。接着，通过各种控制部件，执行指令，这一过程类似大脑控制我们身体上的各种运动器官。
　　猎鹰九号火箭实现成功回收，足以证明该型火箭的电子系统十分强大。
　　猎鹰九号的第一级火箭共有九台发动机，发射的时候九台发动机一起点火，用大推力使火箭摆脱地球引力升空。而在回收着陆的时候，猎鹰九号关闭其中六台发动机，只剩三台继续工作。而且，这剩下的三台发动机的推力是精确可调的，这样才能使庞大身躯的火箭在刚刚着地时的速度基本为零，平稳地降落在平台上。
　　猎鹰火箭要实现平稳着陆，成功回收，可以调节推力的火箭发动机是成功的关键。要实现发动机推力可调，就需要改变燃烧室、燃料泵等的设计，实时调节发动机内部的温度和压力，并调节燃料的流量。这种大推力的可调发动机既要用于火箭发射阶段，又要用于回收时的减速反推。相当于一个人既要获得世界举重冠军，又要能驾驭十分灵巧的绣花针，实际上是一件很难的事情。
　　一旦实现发动机推力可调，就能够实现火箭的定时、定点入轨，相当于给火箭安装了油门，可以实现与其他航天器的快速交会对接。
　　新一代运载火箭新在何处
　　随着航天运输的需求越来越多样化，传统的运载火箭已经到了不得不更新换代的阶段。当前，世界各航天大国正在致力于研发新一代运载火箭，将采用大量的新技术和新材料，实现降低成本、提高可能性、满足多样化需求的目标。
　　那么，所谓新一代火箭，究竟新在何处？
　　纵观世界各航天大国，俄罗斯正在致力于研制安加拉系列火箭（Angara），这是一个全新的火箭家族，由俄罗斯联合火箭航天集团公司研发。通过捆绑式的多个通用火箭模块，安加拉火箭可以根据需要组合出不同推力的火箭，火箭推力从2吨到75吨不等，可以适应不同运载重量的航天发射需要。安加拉系列火箭研发成功后，将取代现在的虎啸号火箭和质子号火箭，成为未来俄罗斯航天运输的主力。号，“安加拉-A5”型火箭在普列谢茨克发射，迈出了成功的一步。
　　美国正在研发的新一代重型运载火箭“太空发射系统”（Space Launch System），号称是人类历史上最强大的运载火箭系统，巨型发动机的长度达54米，运载能力超过130吨，在未来的载人登陆火星和载人深空探索中将发挥关键作用。日，“太空发射系统”进行了试验性发射，整个过程非常成功。根据规划，“太空发射系统”火箭的首次正式发射将于2017年进行。
　　欧洲致力于研发新的阿丽亚娜6型火箭（Ariane 6），以取代现有的阿丽亚娜5型火箭，计划于2020年进行首次发射，2021年发射次数增加到4次，2023年开始年发射次数增加到11次。
　　日本在H-IIA运载火箭成功率大大提高之后，正在研制H-X新一代火箭，该火箭的第一级和第二级将使用液氢液氧作为燃料的火箭发动机，并研制固体燃料助推器，通过采用前沿技术，实现航天运输的低成本和高可靠。
　　与上述政府支持的重型运载火箭相比，SpaceX作为一家民营航天企业，成功地改变了航天高大上的特点，大大降低了进入太空的成本，使航天越来越平民化，越来越多的普通人都可以接触到航天，这给传统航天业带来的改变一定是颠覆性的。
　　SpaceX的成功对航天业有何影响
　　虽然火箭可回收了，但与汽车可加油还是存在着相当大的差异。毕竟那么庞大的
　　一个物体经过了高速飞行，经历了高温燃烧，有些部件是无法重复利用的。但这确确实实可以大幅度地降低成本，至少价值数百万、上千万美元的发动机不再是一次性的，可以回收再次利用。
　　猎鹰九号火箭的标准发射费用为5400万美元，而中国的长征三号乙火箭在海外报价的发射费用也在6000万美元以上，所以即便不回收，猎鹰九号也已经成为世界上最便宜的发射工具。
　　这一次，猎鹰九号的成功回收更是让很多外行人感叹，廉价航天时代即将来临。
　　记得前段时间猎鹰火箭连连失败时，航天界有人嘲笑马斯克，说航天是需要积累的，不是谁都能从事的。现在，猎鹰九号的成功回收就是对这些嘲讽最好的回应。
埃隆o马斯克（Elon Musk），SpaceX首席执行官兼首席技术官
　　SpaceX的成功不仅在于技术的先进性，更在于采用了不同于传统航天业的商业化运作模式。传统航天业往往采用研发模式，每一枚火箭都需要设计、生产、测试等等，不仅环节复杂，大大增加了生产周期和生产成本，浪费了大量的人力物力。而且，每一次设计都会有新的风险，导致其缺乏稳定的可靠性。
　　SpaceX由于采用了商业化发展的方式，所有的软硬件均在控制范围内，不存在外包环节，所以造火箭和飞船就类似于我们造洗衣机和冰箱，全程质量可控。他们在航天领域率先实践流水线化的生产模式，只要一次成功，便可以次次成功，并通过大规模生产，大幅度降低了生产成本。虽然也会存在一定的故障率和次品率，但不存在重新研发的风险。
　　SpaceX作为一家民营航天企业，十分注重成本和质量控制。由于采用了商业化模式，很多产品都会尽量按照批次生产和采购，也都会尽可能地回收利用。之前的每一次失败，实际上都是在进行相关的技术测试，然后改进方案，并不是我们所想象的在“烧钱”。
　　而反观传统航天业，一直给人一种神秘的感觉，虽然顶着高大上的光环，但其内部照样会面临很多体制机制问题，阻碍技术创新。由于缺少外部竞争，问题逐渐积累，改革十分艰难。这也是美国政府不遗余力扶持民营航天的原因之一，他们要给自己扶持竞争对手，让外部压力增大，才能触动内部僵化的利益格局。
　　独立自主、自力更生的中国航天领域一直是我们的骄傲，但这种骄傲更多局限在国土之内，航天发展在对国民经济推动方面还有很大的潜力可挖。中国的高铁和核电，已经大踏步走出国门，成为中国走向世界的名片。用中国人的智慧，挣全世界的钱。在这一点上，中国航天界还有很长的路要走。在某种程度上，航天要向高铁和核电学习，只有大进大出，充分开放和竞争，经历市场风雨的洗礼，才能成长为参天大树。
　　乔布斯一个人和他领导研发的智能手机，使手机从单纯的通信工具变成了一台微型电脑，成为了个人生活和娱乐中心，更颠覆了传统手机行业的格局。马斯克一个人和他领导研发的可回收火箭，对航天业的影响还远远没有发挥出来，或许也将改变整个航天业的发展格局。这一点，需要中国航天界引起足够的重视。
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