可回收火箭：失敗孕育著成功

向陽

2015年1月10日，美國太空探索技術公司（SpaceX）研制的“獵鷹”9號運載火箭搭載“龍”飛船在卡納維拉爾角空軍基地發射升空。“龍”飛船的任務是向國際空間站第五次運貨，飛船上裝載了約2.5噸貨物，其中包括供256項科學試驗使用的物品。

伴隨此次“龍”飛船太空飛行的另一個任務是在海上回收“獵鷹”9號的一級火箭。不過火箭回收嘗試以失敗告終，火箭在海面回收船平臺硬著陸并損毀。

可回收火箭是什么？

目前，全世界的運載火箭都是一次性航天工具，可回收火箭是與一次性火箭相對應的火箭，即火箭可以回收后重復使用。衛星或飛船是靠火箭攜帶升空的，目前普遍采用的一次性火箭攜帶衛星或飛船升空時，會在飛行過程中拋下一些部件，包括助推火箭、一級火箭、逃逸塔、整流罩、二級火箭、三級火箭，這些部件可統稱為殘骸。

拋下的一級火箭等部件墜落地面通常都是摔壞和毀損，不可能再用了。所以，如果能回收一級火箭，甚至是將來回收二級火箭，就可以重復使用，這實際上是航天航空的一次革新。如果火箭能順利返回地球軟著陸，將對太空探索產生重大影響，例如，將大幅縮減太空旅行的成本和花銷。

可回收火箭一般是讓其在海面平臺上著陸，這個設想其實已經提出幾十年，但從未有過嘗試。太空探索技術公司就是第一個進行這種試驗的探索者，該公司的可回收火箭早就在醞釀和試驗了，但是，真正進入試驗階段也是在2014年，太空探索技術公司曾兩次試驗讓“獵鷹”9號的一級火箭在海平面降落。其中一次試驗是在2014年4月19日凌晨發射“獵鷹”9號運載火箭，在火箭發射幾分鐘后，利用火箭助推將一級火箭降落在大西洋上。另一次試驗也讓一級火箭成功在海面垂直平穩落水。

對一級火箭回收的原理是，運載火箭發射升空不到3分鐘內，等一級火箭關機并與上一級火箭分離后不久，直徑12英尺（約3.66米）的一級火箭會重新點燃若干火箭發動機，用于減速制動。幾分鐘后，一級火箭在距離水面不高的地方再次點燃一臺發動機，使火箭以較慢的速度濺落到大西洋中。

當然，太空探索技術公司也設計了一級火箭在陸地上回收的裝置，即一級火箭配備4條由碳纖維和鋁蜂窩板制成的著陸支架。高25英尺（約7.62米）的支架向外伸出，在一級火箭下落的過程中展開先著地，以便一級火箭軟著陸。2015年1月10日可回收火箭試驗就是在以前一些試驗的經驗和基礎上進行的。

雖然太空探索技術公司此次可回收火箭的正式試驗失敗了，但這種嘗試在人類航天探索中具有里程碑式的意義。

可回收火箭的多重意義

可回收火箭不只是降低成本，而且還有其他意義，例如，能保障地面人員和財產的安全。現在的火箭發射時那些被拋下的部件中，除了三級火箭外，其他部件會因為高度不足，無法完全燃燒而成為殘骸降落到地面或水面。

為此，火箭發射既需要精確的火箭彈道（這些彈道是根據衛星軌道理論、發射場坐標、火箭運載能力等進行精密設計的，以便把衛星送上適宜的軌道），也需要設計好箭下點（火箭飛行時在地面的投影點），因為箭下點經過的區域也即殘骸墜落區，這些區域當然要盡量避開人煙密集的地方。

盡管有精密的設計，而且殘骸墜落區也是相對固定的，但是，還是不可避免地會有火箭殘骸落入民居損壞財物，甚至還會有傷人的事件發生。例如，2007年10月25日，中國搭載嫦娥一號衛星的長征三號甲運載火箭的一級火箭殘骸砸壞貴州福泉當地一間民房。2013年12月2日凌晨，搭載嫦娥三號的長征三號乙運載火箭發射升空，一級火箭殘骸墜落在湖南省邵陽市綏寧縣，砸壞該縣兩戶村民的房屋。

如果太空探索技術公司的可回收火箭試驗能獲得成功，可以在今后減少甚至避免火箭殘骸墜落對地面人員和財物造成的傷害和毀壞。

另一方面，可回收火箭還具有環保的意義。早在2004年6月22日，美國環保組織就發布一項研究報告稱，由于美國不斷發射火箭，環境受到火箭燃料、導彈助推器燃料等物質的長期污染，大量有毒的高氯酸鹽殘存在土壤和水體中。因為高氯酸鹽常被用作火箭發射的燃料。如果每10億單位的牛奶中高氯酸鹽的含量低于1單位，對人體無害。但是，在環保組織抽查的32份加利福尼亞州牛奶樣品中，竟有31份含有高氯酸鹽，平均每10億單位的牛奶中，高氯酸鹽含量達到1.3單位，超過了健康飲用的標準。

對此，一方面可以通過使用新的不含高氯酸鹽的燃料來解決，另一方面，如果能回收一級甚至二級火箭，就可能使火箭殘骸不會掉在地面和水中完全解體，也就不會讓剩余燃料更多地污染環境。所以，可回收火箭也有利于環保和人的健康。

失敗是成功之母

在2015年1月10日的火箭發射前，太空探索技術公司創始人、首席執行官埃隆·馬斯克在社交網站推特上透露，此次試驗的成功率只有50%，因為這一技術目前很難掌控。

此前太空探索技術公司的試驗只是讓一級火箭定點降落在海平面上，而沒有設計可接收一級火箭的降落平臺。因此，1月10日的試驗有兩個核心：一是“獵鷹”9號火箭的一級火箭能否首次在沒有錨定的海面回收船上精準著陸;二是火箭著陸后是否完好，即沒有被砸壞，可以經過修整后重新使用。

要讓一級火箭在分離后垂直降落在回收船上，其難度就像“在暴風雨中讓一根掃帚平穩地直立在手掌上”。因為沒有錨定的回收船的平臺只有足球場大小，要求火箭的著陸精度要在10米以內。

試驗的結果是，一級火箭降落的精準度得到驗證，成功地降落在浮動平臺上，但是火箭摔壞了，因為它是硬著陸，而非軟著陸。原因在于，回收火箭的減速制動不過關。就像高速開車進停車場，看好了位置減速，可是到了停車區域沒停住，撞到墻上了。當然，另一個原因也可能是，火箭底部專用于著陸的支架還無法使火箭軟著陸。

另外，回收船是一艘無人船，能夠根據GPS信息自行定位到3米的精度，也可以遠程遙控，因此，船上沒有人員，但這也意味著研究人員無法在第一時間仔細觀察火箭降落的情況。

雖然這次試驗失敗了，但馬斯克仍然認為，這次是差一點成功，前途看起來是光明的。

未來的展望

如果可回收火箭能夠成功，則意味著能大大降低太空探索的成本，讓人類更容易進入太空。

英國金斯頓大學火箭實驗室主管亞當·貝克博士表示，在當前情況下，太空探索極其昂貴。如果太空探索技術公司能夠把火箭發射費用成功降低50%以上，那么更多的太空探索和利用將會變得可能。更多的衛星和飛船可以進入太空，人們也可以利用太空資源，向地面提供更多的利益和服務，比如利用空間太陽能技術。另外，更多宇航員也會有機會進入太空，人們還可以飛往其他星球，如月球、火星，或許移民火星并進入更遙遠的太陽系區域。

不過，對于可回收火箭也并非所有人都看好，甚至航天航空領域的一些專家也提出了不同意見。例如，美國洛克希德-馬丁公司發射服務部主管羅伯特·克利夫就認為，可回收火箭是一個天方夜譚。因為，可回收火箭涉及材料科學、控制，還涉及運行效率。關鍵是，要回收什么東西的話，就得把更多和更大重量的物體發射入軌。這必須對物理定律進行更多的研究才能做到。

盡管太空探索技術公司現在的可回收火箭試驗失敗了，但是已經向成功邁出了堅實的第一步，即便現在可回收火箭沒有做到，未來未必就是天方夜譚。

【責任編輯】張田勘