不用「一次性航天器」，SpaceX成功發射「二手飛船」

高昂造價的航天器再利用，不浪費，更環保。

文 | 石筱玉

編輯 | 傅博

這幾天，SpaceX的「龍」飛船正與國際空間站一起飛行在軌道中。它的這次飛行為國際空間站帶去了約2.7噸的貨物，包括日常補給、硬體設備以及科研器材。

其中，「龍」飛船還搭載了北京理工大學鄧玉林教授團隊設計的「空間環境致生物微進化規律實驗載荷」相關設備，用於研究空間輻射及微重力環境對抗體編碼基因的突變影響。

不過，這次飛行的重大意義在於，執行任務的「龍」飛船並不是第一次翱翔於外太空。

早在2014年9月，這艘「龍」飛船就已前往國際空間站執行任務，並在34天後成功返回地球。SpaceX這一次對其加壓艙中的一些部件進行翻修和更換，同時替換了非加壓艙部分。

最終，在當地時間6月3日，「龍」飛船搭載SpaceX「獵鷹9號」火箭升空，預計將於一個月後的7月3日返回加利福尼亞旁的太平洋海域。

從「二手火箭」到「二手飛船」

關注航天界動態的人對SpaceX的「獵鷹9號」火箭一定不陌生。

「獵鷹9號」兩級火箭一貫被SpaceX用來搭載各類衛星及「龍」飛船。其「履歷」十分精彩：

2012年，獵鷹9將「龍」飛船第一次送入國際空間站軌道，讓SpaceX成為了第一個進入國際空間站的商業公司。

更重要的是，2017年3月31日，經過回收的「獵鷹9號」火箭在肯尼迪航天中心再次升空，在人類歷史上首次成功實現了回收火箭的二次利用。

當地時間今年3月30日，「獵鷹9號」火箭成功降落在太平洋海域，標誌著SpaceX回收一級火箭的計劃成功。

SpaceX的對航天設備的重複使用計劃分為三步：

第一步從今年3月就已經實現，即回收「獵鷹9號」一級火箭。

而本次「龍」飛船的重複使用標誌著第二步的成功。

第三步則會在今年晚些時候逐漸開啟：此前SpaceX CEO馬斯克曾表示，獵鷹重型火箭今年晚些時候首飛時，SpaceX將嘗試回收二級火箭。

此前SpaceX利用為國際空間站運送補給時，「龍」飛船一般直接在大氣層中焚毀，這對於SpaceX這樣的商業航天公司來說是極大的浪費。

不僅是經濟成本，航天器回收也能夠極大減少再次使用時人力、物力的投入，因此成為了近幾年來各國及商業公司們的研究方向。

與此前重複利用「獵鷹9號」時不同，據SpaceX官方表示，「龍」飛船的翻修工作要簡單得多。工程師們只是將飛船的電池、防熱盾等在回收中受到海水侵蝕的部分進行更換；飛船的大部分，例如船體外殼、推進器等依舊是原裝的。

既然提到了火箭的重複利用，肯定有人會疑惑此次使用的「獵鷹9號」是不是也曾有服役歷史——可惜並不是。不過，SpaceX成功回收了此次發射的一級火箭。而這已經是SpaceX第11次成功回收「獵鷹9號」一級火箭。

為什麼飛行器的回收利用這麼晚才來到？

實際上，SpaceX並不是唯一一個試圖攻克太空飛行器回收難題的商業公司。

譬如，亞馬遜總裁Jeff Bezos創立的Blue Origin航天公司中的New Shepard亞軌道火箭系統就早於SpaceX實現重複利用，且已經完成了4次重複利用計劃，不過，每次的升空距離為100千米左右，只是剛剛越過「太空」的邊界線。

此外，維珍銀河的SpaceShipTwo近日也在逐步對亞軌道飛行進行測試，目的是重複使用航天飛行器以開展太空旅遊業務。

Blue Origin的亞軌道火箭系統New Shepard已有過四次飛行經歷。

值得注意的是，SpaceX的航天目標超越了以上兩個公司的亞軌道，而是著眼於地球靜止軌道。Escape Dynamics航天公司總裁Laetitia Garriott表示，兩者的區別在於：

「亞軌道飛行是一個直上直下的過程……儘管這也有很大的難度，但是航天器在受地球引力影響下落前的最高高度時，其速度為0（與此同時地球靜止軌道的飛行器要和地球保持同轉速）。因此，亞軌道回收的技術難度遠小於地球靜止軌道。」

從她的這個解釋中，我們基本可以簡單地認為此前航天飛行器回收的難以實現是由於技術難題，不過航天飛行器回收計劃的發展其實也受到了政治因素的影響。

「可重複使用的太空飛機」這個理念在二戰之前早已成型，還帶來了美國空軍1958年Dyna-Soar雙翼太空飛機等設計。

不過，在1963年，緊接著到來的冷戰和「星球大戰計劃」讓「太空飛機」的發展暫時擱置了—— 由於研發周期長，航天器的重複使用並不是那個年代科研的重點。在那個時期，美國人更加關注的是「如何登上月球」和「如何在軍備競賽中贏過（前）蘇聯」。

阿波羅計劃後，美國國家航空航天局（NASA）很快又重回了「雙翼太空飛機」的開發軌道，並製造出了大家所熟知的一系列太空梭（space shuttles）。

而NASA的五架太空梭平均每架服役近30次，其中2011年退役的「發現號」成功飛行39次，在太空中的時間加起來幾乎達到一年。

2011年退役的「發現號」太空梭。

但是，對於NASA以及整個航空界，「太空梭能否重複利用」這個難題卻跟著航天航空事業的發展一直延續到了今天。

由於技術還不完善，每一次重複使用的航天設備必須經過細緻的翻修和重組。曾任NASA首席歷史學家的Roger D. Launius就表示：

展望未來：飛行器回收意義何在？

「如果你能夠重複使用上一次航天設備的一部分，下一次升空時就能夠省下一部分錢。但是如果每一次飛行都需要將已有的飛行器完全拆解並翻修，那其實還不如重新造一個。」

目前，航天飛行器的回收僅僅邁出了第一步。正如Launius所闡述的那樣，現在的現實與通過回收飛行器而降低太空飛行成本的理想依舊相距很遠。

與此同時，航天企業也對如何節省飛行成本有一些不同的設想。

United Launch Alliance（ULA），一個波音公司與洛克希德-馬丁合作的火箭公司，正在研究怎樣在飛船進入軌道後將飛行器引擎等核心部件進行回收。

他們的設想是在半空中將引擎分離，打開降落傘讓其下落。在引擎落地前出動飛機將其巡迴。ULA設想的另一個計劃是讓某一航天器一直在軌飛行，其間不斷接受後續飛船帶來的燃料和技術改造。

ULA表示，回收將會降低火箭助推器成本的90%。

在法國，空客公司正在研究如何在Ariane 6火箭引擎上裝上小型航空引擎，以讓引擎自己飛回附近的某個機場。中國航天局也在嘗試使用多個降落傘進行「長征」系列火箭的多級回收。

無論是更多的商業公司爭取進入航天領域的現狀，還是航天公司為了降低成本而研發的航天設備回收策略，這些事例都說明越來越多的參與者期望在這個逐漸成型的航天市場中分到一杯羹。

據2016年美國航天基金會（Space Foundation）發布的《航天報告》顯示，2015年全球航天經濟總量高達3353億美元，其中76%的份額為商業航天領域。在本月下旬將會發布的新一年度報告中，這個數字將會有更大的增長。

SpaceX和NASA、國際空間站的合作已經為商業航天公司和政府合作指出了一條明路；

此外，SpaceX和銥星等公司合作，發射衛星的行為也給航天商業化畫上了濃墨重彩的一筆；更不用提主流航天公司都制定好的「太空旅行」計劃，爭取讓普通民眾都能負擔起上太空觀光的價格。

儘管航天設備回收的實踐來得很遲，目前各大商業航空公司的進展還是能夠讓我們感到不少寬慰。按目前的發展勢頭，我們很快就能看到商業公司就能為政府的航天項目進行激烈競標；普通民眾的廉價航天夢應該也不遠了。

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