火箭復用屢戰屢敗，為什麼SpaceX大獲成功？

獵鷹九號從卡角發射SES-10衛星，它的第一級是CRS-8發射回收後的重複使用

3月31日太空探索技術公司的獵鷹九號火箭進行了第32次發射，將SES公司的一顆通信衛星成功送入同步轉移軌道。這次發射收穫了舉世矚目的關注，卻是因為它是人類第一次在軌道發射的運載火箭上實現重複使用，雖然只是第一級火箭的首次重複使用，但也是火箭重複使用發展史上的重要里程碑。

太空梭技術更先進和複雜，但是距離重複使用降低成本的目標卻南轅北轍

從常理上說，重複使用的東西即使製造要求較高，但綜合成本都比一次性使用的便宜。航天發射工具一向價格高不可攀，先輩們早就指出根本原因在於它是一次性使用，而發展重複使用運載工具，也是各國航天工業幾十年堅持不懈的目標。航空航天不分家，航天工業要發展復用工具，首先自然想到借鑒航空工業，製造一種類似飛機的重複使用航天運載器成了最直接的反應，美國的太空梭、蘇聯的暴風雪號太空梭都是這種想法的產物。太空梭並沒有實現降低發射費用的目標，這雖然有復用軌道航天器難度太高的因素，但更主要的原因是它的研製思路問題：太空梭是一種和運載火箭大相徑庭的運載工具，它的研製和維護成本太高，必須有很高的發射頻率才有望實現降低發射成本的目標。研製時的過分樂觀，讓它不成功便成仁，也最終壯烈成仁成為發展復用航天運載器的前車之鑒。

DC-X三角快帆是一種VTVL的試驗火箭，它是復用獵鷹九號和新謝潑德的先驅

20世紀80年代美國又在論證探討第二代太空梭以及空天飛機，著名的三角快帆和國家空天飛機（NASP）由此而生。國家空天飛機採用水平起降、單級入軌的技術路線，更接近飛機的思路，但技術難度實在太大，三角快帆雖然外形怪異，但這種垂直發射和降落的復用路線在設計上更接近運載火箭。三角快帆和空天飛機於種種原因都半途而廢，但三角快帆的有益探索卻為今日獵鷹九號火箭第一級的復用成功開闢了道路。

受傳統思路限制，早期大家傾向於StarBooster這樣的飛回式復用方案

獵鷹九號火箭並沒有一開始就使用垂直發射和降落（VTVL）的重複使用路線，因為這種方式會損失太多運載能力。美國航天工業的早期探索中，曾論證過多種火箭一次復用的方案，其中被看好的不外是降落傘回收第一級海上降落，以及為第一級增加噴氣發動機、機翼和起落架再入大氣層後巡航返回。太空探索技術公司最初也使用降落傘回收火箭第一級，獵鷹一號火箭設計上帶降落傘，但從未在發射中進行驗證，獵鷹九號火箭的前兩次發射中試驗了降落傘回收海面降落的方案，但是試驗結果很不樂觀，第一次火箭第一級一再入就沒了信號，第二次收到了遙測信號但火箭還是落海解體了。這樣看來，箭體不受控要想完好無損的再入大氣層恐怕不現實，所以太空探索技術公司很快轉向新的技術路線，也就是垂直發射和垂直降落的方向。至於把火箭第一級改為有翼航空器飛行回收的方案，雖然得到了很多人的青睞，比如商業航天公司曾提出StarBooster方案，阿里安宇航公司也在2014年曾提出Adeline概念回應當時風頭正勁的獵鷹九號垂直起降試驗，但這種復用方式對火箭改動太大，也需要足夠的發射頻率和數量才能攤薄研製成本，降低航天發射的成本。太空探索技術公司沒有設計製造航空器的經驗，也缺乏研製這種複雜航空航天器的資金，不得不走上火箭垂直起降的復用道路，但卻意外的闖出一條新路，果然是禍兮福之所倚。

SpaceX的競爭對手Kistler的K-1全復用火箭，第一級也是飛回回收，只不過採用緩衝氣囊著陸

航天運載工具的垂直起降復用方式並不是太空探索技術公司首創，不說紙面上的概念，20世紀90年代的三角快帆/DC-X就曾進行過多次垂直起降的試飛，取得了一系列開創性的成績。如果算上其他航天器，更早的阿波羅登月艙是更著名的的垂直起降設計。運載火箭的垂直發射和降落，還可以具體分為落區垂直著陸和返回發射場垂直著陸兩種方式，它們都會損失不小的運載能力，尤其是後者需要消耗大量推進劑反推飛回發射場。巧事成雙，當年和太空探索技術公司同列商業軌道運輸服務（COTS）的基斯特勒公司，它們的K-1火箭從一開始就是全重複使用的，K-1第一級分離後將飛回發射場，只不過著陸時使用氣囊緩衝方式。俄羅斯作為老牌航天強國，雖然囊中羞澀但創意上也不落下風，馬克耶夫設計局早在2007年就曾提出獨特的ROSSIYANKA垂直發射和降落型火箭，2011年太空探索技術公司公布蚱蜢試驗器，馬克耶夫設計局也重提ROSSIYANKA，可惜俄國航天局始終以技術風險太大為由否決了ROSSIYANKA的研製。

馬克耶夫設計局的ROSSIYANKA火箭概念，其VTVL概念和獵鷹火箭幾乎一樣

太空探索技術公司的成功絕非偶然，而是吸取了先烈們經驗教訓的結果。復用第一級的火箭和一次性的獵鷹九號只有著陸腿和格柵舵以及導航制導控制系統等硬體和軟體的細小差別，換句話說復用型火箭改動很小，這就意味著無需像太空梭那樣投入重金研製，也不需要極高的發射頻率分擔復用的研製成本，如果復用試驗成功，自然可以通過重複使用降低發射成本，即使復用試驗一無所獲，獵鷹九號作為一種一次性火箭也能在市場上活得很好。獵鷹九號火箭的復用試驗也很有特色，除了急就章用獵鷹火箭第一級改裝的蚱蜢試飛器，其他時候都使用商業發射的獵鷹九號火箭進行第一級的再入大氣層和海路著陸試驗，堪稱廢物利用的做法將火箭再入著陸和返回的試驗成本降低到最低。

復用的第一級火箭再次成功回收！SpaceX的復用省錢立竿見影，而技術難度卻比太空梭低

這樣匠心獨具的研製思路下，獵鷹九號火箭的復用試驗開銷不大卻收穫不少，比如NASA眼饞的高空超音速火箭反推技術居然順帶就突破了，雖然獵鷹九號火箭第一級的再入和船上著陸曾多次失敗，但成功仍然只是時間問題。獵鷹火箭復用的省錢效果不僅貨真價實更是立竿見影，第一次復用第一級發射SES-10衛星就發射降價10%。美國航天工業的技術領先優勢很大，正因為如此，對苦於技術落後和經費不足的中國航天來說，太空探索技術公司在火箭復用試驗上的開創性思路，才更值得我們學習借鑒。

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