往期回顧
在本系列的之前的文章中，我們一起回顧了重型獵鷹首飛的成敗得失（鷹之擊）组民；并對(duì)獵鷹系列火箭的進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹（鷹之軀）黄伊；在上一期則對(duì)梅林以及猛禽這兩代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)介（鷹之心）舱痘。
詳情請(qǐng)移步：
連載之四：鷹之魂
01?獵鷹之魂
對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，知道SpaceX這家公司或許就是從“火箭發(fā)射后可以回收”開(kāi)始的衔蹲。因?yàn)樵诖酥拔覀冎械暮芏嗳藢?duì)于火箭發(fā)射后肢娘，將飛船或者衛(wèi)星送入軌道后到底去哪里了并不清楚，或者說(shuō)并不關(guān)心舆驶。
或許很多人以為火箭留在太空了橱健，不是有太空垃圾嘛；或許還有不少人覺(jué)得火箭掉到大氣層里燒掉了沙廉；再有可能就是掉進(jìn)海里了拘荡，或者掉落到沙漠之類的無(wú)人區(qū)了。反正火箭這玩意和過(guò)年時(shí)放的“竄天猴”差不多撬陵，一溜煙發(fā)射出去后就鴻飛渺渺珊皿，再也不見(jiàn)。沒(méi)見(jiàn)過(guò)竄天猴發(fā)出去之后還會(huì)自己跑回來(lái)等著你再放一次吧巨税。
一級(jí)火箭可能會(huì)墜落在有人區(qū)
是我國(guó)目前陸上發(fā)射存在的一個(gè)問(wèn)題
因此蟋定，當(dāng)你某一天突然看到飛出去的“竄天猴”居然真的飛回來(lái)，并又穩(wěn)穩(wěn)的豎在你剛剛把它放出去的空地上的時(shí)候草添，相信多少會(huì)被這個(gè)畫面所吸引驶兜。而航天愛(ài)好者初次看到這樣的畫面，應(yīng)該是除了震驚之外還是震驚远寸。
重型獵鷹的兩枚助推火箭同時(shí)回收
SpaceX之所以名聲大噪促王，也是因?yàn)樗悄壳皹I(yè)內(nèi)對(duì)火箭的回收和復(fù)用掌握的最好的公司。在筆者看來(lái)而晒，這個(gè)“黑科技”正是助力SpaceX和獵鷹系列火箭目前大獲成功，名利雙收的最重要的因素阅畴，是獵鷹之魂倡怎。下面這幅長(zhǎng)延時(shí)攝影非常生動(dòng)且直觀地記錄了獵鷹9號(hào)發(fā)射和第一級(jí)順利陸上回收的軌跡，乃是SpaceX逮著機(jī)會(huì)就會(huì)展示的一幅得意之作。
獵鷹9號(hào)發(fā)射和回收的延時(shí)攝影
如果對(duì)上面這張照片并不感冒监署，覺(jué)得看不出啥的颤专，那么不妨瞅瞅下面這段視頻。這是去年（2017年）5月1日钠乏，獵鷹9號(hào)火箭執(zhí)行編號(hào)為NROL-76的發(fā)射任務(wù)時(shí)SpaceX的直播視頻栖秕。視頻完整的記錄了火箭的發(fā)射前準(zhǔn)備，發(fā)射過(guò)程晓避，尤為重要的是非常完整的記錄了第一級(jí)火箭從分離到返回著陸的全過(guò)程簇捍。絕對(duì)屬于非常難得的視頻資料（不想看前期準(zhǔn)備的，可以直接拖到視頻的大約第12分鐘俏拱，直接從發(fā)射看起）暑塑。
獵鷹9號(hào)NROL-76任務(wù)視頻
其實(shí)，在本系列的第二篇《鷹之軀》里锅必，大家不難發(fā)現(xiàn)事格，在渡過(guò)了成立之初最艱難的時(shí)期后，SpaceX憑借獵鷹9號(hào)以及最新的重型獵鷹火箭卓越的運(yùn)載能力以及低廉的發(fā)射價(jià)格搞隐，已經(jīng)在國(guó)際航天商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)上占據(jù)了舉足輕重的地位驹愚。即便SpaceX自此不思進(jìn)取，躺著吃吃老本劣纲，對(duì)現(xiàn)有型號(hào)的火箭進(jìn)行些無(wú)關(guān)痛癢的小改進(jìn)逢捺，并時(shí)不時(shí)撈一票利潤(rùn)驚人的軍用發(fā)射任務(wù)，那么其實(shí)它也能舒舒服服地過(guò)上好些年味廊。就像曾經(jīng)躺著吃前蘇聯(lián)太空競(jìng)賽時(shí)代老本的俄羅斯航天一樣蒸甜，享受之前的紅利二三十年。
然而余佛，“鋼鐵俠”埃隆馬斯克卻絕不會(huì)允許這樣的事情發(fā)射柠新。從SpaceX成立之初，他就定下了一定要讓火箭可以重復(fù)使用的目標(biāo)辉巡。
在接受媒體采訪時(shí)恨憎，馬斯克曾簡(jiǎn)單的打了個(gè)比方：如果讓一架波音飛機(jī)從美國(guó)東海岸飛到西海岸，一次飛行后就把飛機(jī)報(bào)廢掉郊楣，而且是每次飛行都報(bào)廢一架飛機(jī)憔恳。那么每張機(jī)票的價(jià)格可能會(huì)高達(dá)50萬(wàn)美元，而不是現(xiàn)在的500美元净蚤。航天任務(wù)之所以昂貴钥组，很大的原因就是火箭用一次就扔掉了，而不是像飛機(jī)那樣反復(fù)使用今瀑。如果火箭可以回收和復(fù)用程梦，那么航天發(fā)射的成本可以下降98%（對(duì)于這個(gè)數(shù)字目前還有爭(zhēng)議点把，因?yàn)闆](méi)有考慮保險(xiǎn)、運(yùn)輸屿附、復(fù)用火箭的檢測(cè)修復(fù)等費(fèi)用）郎逃，大多數(shù)普通人也可以承受航天旅行的成本。
雖然挺份，這是一條異常艱巨的道路褒翰。失敗幾乎如同家常便飯，比如這樣：
或者這樣
事實(shí)上匀泊，從設(shè)計(jì)之初就以回收和復(fù)用為目標(biāo)的獵鷹9號(hào)火箭优训，直到2015年其第20次發(fā)射任務(wù)時(shí)才首次成功的實(shí)現(xiàn)了第一級(jí)火箭的陸上回收。
獵鷹9號(hào)第一級(jí)首次陸上回收成功
（降落在范登堡空軍基地）
并在隨后又首次完成了難度更大的海上回收任務(wù)探赫。
獵鷹9號(hào)第一級(jí)首次海上回收成功
（降落在無(wú)人駁船“我當(dāng)然還愛(ài)著你”號(hào)上）
即便在現(xiàn)在型宙，第一級(jí)的回收對(duì)于SpaceX已經(jīng)不算是什么新聞了，但人家居然還憶苦思甜般地做了一個(gè)回收失敗的官方視頻集錦伦吠，居然取名“如何不回收火箭第一級(jí)?(How NOT to Land an Orbital Rocket Booster)”妆兑。記錄了各種花式作死似的失敗鏡頭。有傳感器故障的毛仪，有點(diǎn)火失敗的搁嗓，有液氧或液氫用完的，有支撐腿突然折疊的箱靴。此外視頻里面還貼出了馬斯克在回收失敗當(dāng)時(shí)說(shuō)過(guò)的各種金句腺逛，對(duì)各種失敗進(jìn)行自嘲式的調(diào)侃。比如——“好吧衡怀，技術(shù)上說(shuō)棍矛，它（火箭）確認(rèn)著陸了，只不過(guò)不是作為一個(gè)整體”抛杨；又比如——“這才不是爆炸呢够委，這不過(guò)是一次計(jì)劃外的立即拆解”。具體的大家可以在下面這段2分多鐘的視頻中自己慢慢發(fā)掘怖现，視頻和BGM都很贊茁帽，強(qiáng)烈推薦。
“如何不回收火箭第一級(jí)”
回收失敗視頻集錦——SpaceＸ官方出品
有心情調(diào)侃過(guò)去的失敗屈嗤，從某種程度上來(lái)說(shuō)也意味著對(duì)現(xiàn)在和未來(lái)的自信潘拨。事實(shí)上也確實(shí)如此，現(xiàn)如今雖然還時(shí)不時(shí)的會(huì)出現(xiàn)回收失敗的情況饶号，比如最近的一次就是重型獵鷹的芯一級(jí)回收失斕贰（這個(gè)在本系列的第一篇，“鷹之擊”中就曾說(shuō)過(guò)∶４現(xiàn)在正式公布的原因還真的就是點(diǎn)火劑用完了脂信，醉了）癣蟋，但是一級(jí)的回收成功已經(jīng)漸漸的成為了一種常態(tài)。而回收之后的火箭的重復(fù)使用（復(fù)用）也不再是新聞狰闪。比如這次重型獵鷹的兩枚助推火箭其實(shí)就是之前回收的兩枚獵鷹9號(hào)的一級(jí)火箭。
雖然濒生，火箭的回收和復(fù)用還沒(méi)有真正的給SpaceX帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的巨大收益埋泵，但是憑借一次次回收成功建立起來(lái)的形象還是給SpaceX帶來(lái)了源源不斷的商業(yè)發(fā)射訂單，絕對(duì)屬于接單接到手發(fā)軟罪治。從2013年起丽声，SpaceX在國(guó)際商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)上的份額不斷飛速提升，在今年已經(jīng)宣布的訂單中觉义，SpaceX一家獨(dú)大雁社，瘋狂的攬下全球商業(yè)發(fā)射份額的50%以上（參見(jiàn)下圖中淺藍(lán)色部分）。將曾經(jīng)的市場(chǎng)龍頭晒骇，俄羅斯航天擠兌的苦不堪言霉撵。同時(shí)，我國(guó)的商業(yè)航天發(fā)射市場(chǎng)也被嚴(yán)重的打擊洪囤。不過(guò)徒坡，另一方面來(lái)說(shuō)，今年國(guó)內(nèi)計(jì)劃內(nèi)的航天發(fā)射任務(wù)就達(dá)35次瘤缩，為史上最繁忙的一年喇完，也確實(shí)沒(méi)有更多的精力去國(guó)際市場(chǎng)上搶單。
國(guó)際商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)份額
那么火箭的回收和復(fù)用剥啤，這個(gè)“獵鷹之魂”技術(shù)上是如何實(shí)現(xiàn)的呢锦溪？這肯定不能靠喊喊口號(hào)或者講講情懷的，必須得有干貨才行府怯。
02?火箭回收的歷史和方式
有哪些回收方式刻诊？
“火箭回收技術(shù)哪家強(qiáng)？”現(xiàn)在的答案應(yīng)該是“SpaceX”富腊。相信對(duì)于這個(gè)答案坏逢，爭(zhēng)議應(yīng)該不會(huì)太大。然而赘被，火箭的回收卻不是SpaceX發(fā)明的概念是整，SpaceX也不是第一家實(shí)現(xiàn)火箭的回收和復(fù)用的。事實(shí)上民假，火箭的回收和復(fù)用的概念很早就有人提出浮入，并且各方也曾嘗試過(guò)各種方法憨攒。
比如怎囚，當(dāng)年航天飛機(jī)使用的兩枚固體火箭助推器螟够，就是可以通過(guò)降落傘減速后在海面上濺落的方式回收怕品，而且可以反復(fù)回收復(fù)用。
美國(guó)航天飛機(jī)發(fā)射時(shí)會(huì)使用兩枚固體火箭助推器
航天飛機(jī)的固體火箭助推器海上回收
NASA早年還多次完成過(guò)通過(guò)傘降減速易迹，并在目標(biāo)落地 / 落海前用飛機(jī)或直升機(jī)捕獲降落傘的方式在空中回收從低軌道返回的載荷（比如間諜衛(wèi)星拍攝的膠卷艙等）宰衙。
通過(guò)改裝后的飛機(jī)空中捕獲回收
不過(guò)NASA當(dāng)時(shí)回收的并不是火箭，火箭實(shí)在太大睹欲，沒(méi)辦法用這個(gè)方法回收供炼。但現(xiàn)如今，美國(guó)傳統(tǒng)的航天發(fā)射巨頭ULA（聯(lián)合發(fā)射同盟窘疮，由波音和洛克希德馬丁合作組成）正在著手進(jìn)行一種號(hào)稱是“聰明回收”的方法袋哼，也就是不回收整個(gè)一級(jí)箭體，而讓最值錢的一級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在完成任務(wù)后和箭體自動(dòng)分離闸衫，傘降減速后再通過(guò)直升機(jī)空中捕獲涛贯。
ULA的“聰明回收”只回收價(jià)值最高的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)
其實(shí)早在50年代的時(shí)候，前蘇聯(lián)就實(shí)驗(yàn)過(guò)通過(guò)傘降回收過(guò)小型的Angara-M火箭蔚出，并簡(jiǎn)單修復(fù)后重復(fù)發(fā)射使用弟翘。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，當(dāng)年那個(gè)紅色帝國(guó)才是真正的火箭回收和復(fù)用的鼻祖身冬。
Angara-M火箭的傘降回收
Angara-M火箭的傘降回收過(guò)程圖
毛熊還曾設(shè)想過(guò)在能源號(hào)火箭的助推器上安裝可折疊的滑翔翼衅胀。在助推器完成任務(wù)，和芯級(jí)分離后酥筝，滑翔翼展開(kāi)滚躯，助推器通過(guò)滑翔翼飛回回收?qǐng)觯椒绞街懟厥蘸俑琛Ｖ徊贿^(guò)掸掏，這個(gè)方案還沒(méi)來(lái)得及落實(shí)，便隨著前蘇聯(lián)的解體而成為泡影宙帝。
可折疊的滑翔翼方式水平著陸回收
甚至獵鷹系列火箭標(biāo)志性的VTVL（垂直發(fā)射丧凤，垂直回收）都不是SpaceX的“獨(dú)門秘笈”。SpaceX的死對(duì)頭步脓，最新成為世界首富的亞馬遜創(chuàng)始人貝索斯的“藍(lán)色起源”公司的“新謝潑德”火箭也是VTVL式的可回收復(fù)用火箭愿待。而且新謝潑德火箭的首次回收和首次復(fù)用都“恰恰”趕在獵鷹火箭之前。并且靴患，新謝潑德火箭至今已經(jīng)做到了同一枚火箭4次發(fā)射并復(fù)用的記錄（關(guān)于新謝潑德火箭是否就此“碾壓”獵鷹火箭的問(wèn)題仍侥，我們后面講）。
“亞馬遜”創(chuàng)始人貝索斯和他的藍(lán)色起源
藍(lán)色起源的“新謝潑德”火箭
領(lǐng)先獵鷹火箭實(shí)現(xiàn)了VTVL回收以及復(fù)用
這些回收方式有啥區(qū)別鸳君？
先說(shuō)說(shuō)航天飛機(jī)固體火箭助推器的海上濺落方式农渊。這是最先被排除的。為何這么說(shuō)或颊？因?yàn)椋?b>任何可能導(dǎo)致火箭箭體浸入海水的回收方式都不適合液體火箭砸紊。和固體火箭只有藥柱和殼體不同的是传于，液體火箭有復(fù)雜的管線，這些管線和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)都無(wú)法承受海水的侵蝕醉顽，幾乎可以這么說(shuō)：泡水就完蛋沼溜。
另外，當(dāng)年航天飛機(jī)固體火箭助推器的外殼是厚度達(dá)一厘米半的鋼殼徽鼎，能夠承受濺落海中的沖擊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液體火箭薄薄一層的鋁合金或者鋁鋰合金的外殼盛末。因此對(duì)減速降落傘的要求也大大降低。而“皮薄汁多”的液體火箭在同樣的沖擊力下則會(huì)因殼體破裂而完蛋大吉否淤。
那么用一個(gè)足夠大的降落傘在陸地上回收呢？就像前蘇聯(lián)的Angara-M火箭那樣棠隐？答案也是否定的石抡。因?yàn)锳ngara-M火箭是一枚小型甚至堪稱微型的實(shí)驗(yàn)火箭，重量很輕助泽，而且其飛行高度也很低啰扛。而正式的運(yùn)載火箭的一級(jí)脫離返回時(shí)，高度在200公里左右嗡贺，速度往往高達(dá)數(shù)倍音速隐解，這就需要用到超音速降落傘。比如獵鷹9號(hào)火箭的一級(jí)诫睬，高度超過(guò)40米煞茫，回收時(shí)的箭體單單空殼的重量就超過(guò)20噸（還不包括返回時(shí)的燃料），一級(jí)火箭分離時(shí)的速度接近5倍音速摄凡。這樣的塊頭用傘降回收幾乎就是天方夜譚续徽。
你以為獵鷹9號(hào)回收的第一級(jí)有多大？
遠(yuǎn)看不過(guò)像一根筷子亲澡，近看呢钦扭？
同時(shí)，在目前的技術(shù)條件下床绪，超音速降落傘的研發(fā)仍然是一個(gè)非常艱巨的課題客情。目前最成功的超音速降落傘最大也只能承載3噸左右的載荷，理論極限大概也只有10噸癞己，且付諸實(shí)現(xiàn)似乎遙遙無(wú)期膀斋。即便成功實(shí)現(xiàn)了10噸級(jí)別的超音速降落傘，但這對(duì)于動(dòng)輒幾十噸末秃、甚至上百噸的一級(jí)火箭回收重量來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠概页。更何況，傘降方式落點(diǎn)很難精確確定练慕，而且不可能保證一級(jí)火箭垂直落地惰匙。而從上面的失敗集錦來(lái)看技掏，火箭一級(jí)一旦傾覆幾乎必然會(huì)受損爆炸。這也就是為何ULA所謂的“聰明回收”不敢回收整個(gè)第一級(jí)火箭项鬼，而是只回收火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的原因哑梳。另外“聰明回收”中之所以要用直升機(jī)在空中捕獲，也是避免發(fā)動(dòng)機(jī)濺落到海水中報(bào)廢绘盟。
超音速降落傘任然是超級(jí)難題
而夭折的能源號(hào)助推器的折疊翼似乎也不是理想的方式鸠真，因?yàn)榇蟪叽绲臋C(jī)翼、以及機(jī)翼的折疊龄毡、控制機(jī)構(gòu)吠卷，著陸機(jī)構(gòu)會(huì)帶來(lái)發(fā)射時(shí)巨大的“死重”，也就是對(duì)發(fā)射沒(méi)有任何貢獻(xiàn)的多余重量沦零，這會(huì)大大降低火箭的運(yùn)載能力祭隔。因此，即便能源號(hào)不隨著前蘇聯(lián)的解體而夭折路操，這種技術(shù)的前景也堪憂疾渴。
ULA的“聰明回收”倒是看起來(lái)比較可行，因?yàn)檫@一回收方式需要用到的技術(shù)幾乎都是現(xiàn)成的屯仗。但“只回收發(fā)動(dòng)機(jī)”的“聰明做法”是否能被大眾認(rèn)可是真正的火箭回收呢搞坝？寫到這里，突然聯(lián)想起《三體》里面的“只送大腦”魁袜。就像在三體中質(zhì)疑送出去的到底算不是一個(gè)“人”桩撮，相信會(huì)有很多人質(zhì)疑ULA回收的到底能否算是一枚火箭呢。
藍(lán)色起源 對(duì)戰(zhàn) SpaceX
這個(gè)有必要單獨(dú)列出來(lái)說(shuō)慌核。因?yàn)榍懊嫣岬竭^(guò)距境，貝索斯旗下藍(lán)色起源的新謝潑德火箭（命名是為了紀(jì)念美國(guó)的第一位宇航員艾倫謝潑德）也是VTVL（垂直發(fā)射，垂直回收）的垮卓，而且無(wú)論是首次回收還是首次復(fù)用垫桂，乃至復(fù)用的次數(shù)都是領(lǐng)先SpaceX的獵鷹火箭。
先上一段藍(lán)色起源在對(duì)同一枚新謝潑德火箭第三次發(fā)射回收時(shí)制作的視頻粟按，藍(lán)色起源給這段視頻齊的名字就是“發(fā)射诬滩、回收、復(fù)用（Launch. Land. Repeat.）”
藍(lán)色起源給新謝潑德火箭制作的視頻
“發(fā)射灭将、回收疼鸟、復(fù)用”
而到目前為止，視頻中這枚火箭已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了第四次發(fā)射和回收庙曙，復(fù)用技術(shù)看起來(lái)已經(jīng)相當(dāng)成熟空镜。而且單從上面的描述來(lái)看，新謝潑德的回收和復(fù)用和妥妥地碾壓獵鷹火箭啊。好吧吴攒，沒(méi)有對(duì)比就沒(méi)有傷害张抄，我們把兩種火箭放在一起對(duì)比一下：
新謝潑德和獵鷹9號(hào)第一級(jí)尺寸對(duì)比
再看一下兩者典型飛行任務(wù)剖面圖：左側(cè)是新謝潑德火箭，它飛行軌道的最高點(diǎn)距離地面大概就100公里多一點(diǎn)點(diǎn)洼怔，恰好越過(guò)“卡門線”（卡門線：國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)定義的大氣層和太空的界線署惯，高度為100公里×土ィ卡門線外為太空）极谊，水平位移不超過(guò)20公里。右側(cè)是獵鷹9號(hào)安岂，它一級(jí)火箭的分離高度大約200公里轻猖，水平位移大約95公里。
“新謝潑德”和“獵鷹9號(hào)”典型任務(wù)剖面對(duì)比
圖上沒(méi)有提到的是兩者的速度：新謝潑德返回時(shí)的最大速度在2倍音速左右域那，而獵鷹9號(hào)則超過(guò)5倍音速蜕依。另外，兩者的體型也不同：新謝潑德火箭短粗憨實(shí)琉雳，甚至都不像是一枚傳統(tǒng)的火箭，而獵鷹9號(hào)非常的瘦長(zhǎng)苗條（本系列的“鷹之軀”一文中我曾介紹過(guò)友瘤，獵鷹9號(hào)的“長(zhǎng)徑比”是非常逆天的）翠肘。按照常識(shí)，短粗的圓柱怎么都比細(xì)長(zhǎng)的圓柱更容易平穩(wěn)的豎在地上辫秧。
這么一對(duì)比就會(huì)發(fā)現(xiàn)：兩者幾乎完全不是同一種東西啊束倍。和“中規(guī)中矩”的獵鷹9號(hào)相比，新謝潑德火箭幾乎就是一個(gè)玩具盟戏。兩者無(wú)論是外形尺寸绪妹，重量，速度柿究，高度邮旷，長(zhǎng)徑比都完全不在一個(gè)水平線上。其實(shí)蝇摸，實(shí)際情況還真的差不多婶肩，新謝潑德火箭還真的就差不多算是一個(gè)玩具。
藍(lán)色起源研發(fā)新謝潑德火箭的目的壓根就不是發(fā)射載荷進(jìn)入太空軌道貌夕，而是“亞軌道旅游觀光”律歼。是的，你沒(méi)看錯(cuò)啡专，就是用來(lái)旅游觀光的险毁。這也是為何新謝潑德最大上升高度正好是略超過(guò)100公里。因?yàn)?00公里高度，正好是是國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)定義的大氣層和太空的界線畔况，被稱為“卡門線”鲸鹦，卡門線外就可以被叫做“太空”了。因此搭乘新謝潑德火箭正好能夠讓你去“太空”到此一游问窃。但是卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)夠不到哪怕是近地軌道LEO的高度亥鬓，因此也被稱為“亞軌道旅游”。
而獵鷹9可是正二八經(jīng)的“運(yùn)載火箭”域庇，它的任務(wù)是將載荷送入近地軌道嵌戈、轉(zhuǎn)移軌道、甚至同步軌道的听皿。因此兩者發(fā)射任務(wù)剖面完全不一樣熟呛。新謝潑德火箭的VTVL回收難度大大低于獵鷹9號(hào)。
藍(lán)色起源在研的“新格倫”火箭也是具有VTVL回收能力的尉姨，而且那才是真正的運(yùn)載火箭庵朝，其設(shè)計(jì)中的近地軌道運(yùn)載能力為45噸，大大超過(guò)獵鷹9號(hào)又厉，甚至接近重型獵鷹的運(yùn)載能力九府。只不過(guò)，新格倫火箭還沒(méi)有造出來(lái)覆致。
藍(lán)色起源的“新格倫”運(yùn)載火箭
再說(shuō)到復(fù)用侄旬，這一點(diǎn)新謝潑德火箭具有先天的優(yōu)勢(shì)：他使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是BE-3液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)，完全不存在獵鷹火箭使用的梅林液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)射后的積碳問(wèn)題煌妈。無(wú)需花費(fèi)大量的時(shí)間將發(fā)動(dòng)機(jī)（主要是渦輪組件）分解清除積碳的工作儡羔。這一點(diǎn)無(wú)疑是優(yōu)于獵鷹火箭的。而由于梅林發(fā)動(dòng)機(jī)固有的這一缺陷璧诵，獵鷹在這一點(diǎn)上目前是無(wú)法和新謝潑德火箭相比的汰蜘。或許SpaceX只有在新的猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)正式服役后之宿，依靠其液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)的特性才能在這方面拉近和藍(lán)色起源在發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)用方面的差距族操。
03?獵鷹是如何回巢的？
前面做了這么多的鋪墊澈缺，相比有很多看官已經(jīng)按耐不住要發(fā)問(wèn)：那么SpaceX是如何讓“竄天猴”坪创，不對(duì)，是讓獵鷹火箭返回并回收的呢姐赡？也沒(méi)見(jiàn)它長(zhǎng)著翅膀啊莱预。那么這部分就看看倦鳥(niǎo)是如何歸巢的。
其實(shí)在本文的第一部分项滑，就有非常完整的回收全程視頻依沮，而下面這張圖則是SpaceX官網(wǎng)上對(duì)獵鷹9號(hào)火箭第一級(jí)回收的說(shuō)明。整個(gè)回收過(guò)程可以概括為“一次華麗的轉(zhuǎn)身，三次點(diǎn)火”危喉。
獵鷹9號(hào)一級(jí)回收示意圖
現(xiàn)在我們分解步驟講解：
一次華麗的轉(zhuǎn)身
當(dāng)獵鷹火箭的第一級(jí)將目標(biāo)送達(dá)預(yù)先設(shè)定的高度時(shí)宋渔，第一級(jí)火箭的9臺(tái)梅林發(fā)動(dòng)機(jī)將關(guān)閉，同時(shí)第一級(jí)和第二級(jí)火箭分離辜限。第二級(jí)火箭的真空梅林發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火皇拣，繼續(xù)將載荷送往預(yù)定軌道。
而第一級(jí)箭體將在慣性作用下繼續(xù)上升一段高度薄嫡，同時(shí)由于氣動(dòng)阻力和高度上升的雙重作用氧急，第一級(jí)火箭的速度從分離時(shí)的5倍音速開(kāi)始下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)因慣性能達(dá)到的最高高度時(shí)毫深，通過(guò)箭體上的“冷氣推進(jìn)裝置”吩坝，也就是高壓氮?dú)鈬娚溲b置的推動(dòng)，第一級(jí)火箭在空中完成一次掉頭哑蔫。變成沿著回收軌跡頭上腳下的姿態(tài)钉寝。
一級(jí)火箭轉(zhuǎn)身
第一次點(diǎn)火——調(diào)整再入軌跡
在完成轉(zhuǎn)身動(dòng)作后，第一級(jí)火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)將被重新點(diǎn)燃（一般是點(diǎn)燃9臺(tái)中的3臺(tái)闸迷，后同）嵌纲，一方面調(diào)整火箭進(jìn)入預(yù)設(shè)的回收軌跡，另一方面則是要降低火箭的速度腥沽。
第一次點(diǎn)火疹瘦，格柵鰭展開(kāi)
在完成再入軌跡初步調(diào)整后，第一級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)再次關(guān)閉巡球。火箭依靠慣性沿著預(yù)設(shè)的下滑軌跡下降邓嘹。在重新進(jìn)入大氣層時(shí)酣栈，位于獵鷹火箭一級(jí)上部的4片格柵鰭會(huì)展開(kāi)，開(kāi)始配合冷氣推進(jìn)裝置一起精確調(diào)整飛行的軌跡
發(fā)射時(shí)收攏狀態(tài)的格柵鰭
全新出爐的格柵鰭
格柵鰭這種形式的控制裝置是在高速汹押、特別是超音速狀態(tài)下非常有效的一種氣動(dòng)控制舵面矿筝。具有結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高棚贾，重量輕的特點(diǎn)窖维。獵鷹9號(hào)一級(jí)火箭上的4片格柵鰭都是可以在液壓系統(tǒng)的控制下進(jìn)行調(diào)整姿態(tài)的。
第二次點(diǎn)火——再入大氣前減速
格柵鰭的展開(kāi)也意味著第一級(jí)火箭再入大氣的開(kāi)始妙痹，此時(shí)火箭的飛行速度還是高達(dá)4-5倍音速铸史，在進(jìn)入稠密的大氣層之前必須要將速度降低，否則劇烈的摩擦生熱以及巨大的氣動(dòng)阻力很可能會(huì)破壞一級(jí)火箭的箭體怯伊。
此時(shí)琳轿，一級(jí)火箭第二次被點(diǎn)燃，沿著下降相反的方向進(jìn)行“剎車”。這并不是一樁簡(jiǎn)單的事情：別忘了此時(shí)火箭是底部向著前進(jìn)方向飛行的崭篡，速度高達(dá)4倍音速以上挪哄，此時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的難度堪比在一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口點(diǎn)燃一根火柴。
而且琉闪，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)燃后迹炼，噴射的火焰也是和迎面而來(lái)的超音速氣流針?shù)h相對(duì)的。這是航空航天領(lǐng)域中難度甚高的“超音速反推”問(wèn)題颠毙。如何保護(hù)火箭底部不被超音速反推時(shí)逸散的火焰燒毀斯入，如何精確的控制姿態(tài)都是需要解決和克服的事情。
第二次點(diǎn)火吟秩，為了再入大氣減速
第二次點(diǎn)火進(jìn)行超音速反推減速的時(shí)間大約30秒咱扣，通過(guò)這次點(diǎn)火，第一級(jí)火箭的下降速度會(huì)從4-5倍音速下降到大概2倍音速涵防。下降速度還是很快闹伪，但是已經(jīng)不會(huì)造成氣動(dòng)加熱損傷了。此時(shí)火箭第一級(jí)也下降到了大氣層中下部空氣非常稠密的區(qū)域了壮池，空氣阻力也將起到很好的氣動(dòng)減速效果偏瓤，進(jìn)一步將火箭下落的速度降低到亞音速。同時(shí)椰憋，格柵鰭在此過(guò)程中一直在不斷調(diào)整火箭的姿態(tài)和軌跡厅克，為最后的著陸做準(zhǔn)備。
第三次點(diǎn)火——機(jī)會(huì)只有一次
在最后接近著陸場(chǎng)時(shí)橙依，第一級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)將最后一次被點(diǎn)燃证舟。一方面進(jìn)行最后的減速，另外一方面利用發(fā)動(dòng)機(jī)的矢量推力幫助火箭最后調(diào)整姿態(tài)和軌跡窗骑，進(jìn)行精確的著陸準(zhǔn)備女责。
著陸時(shí)最后一次點(diǎn)火
同時(shí)，位于一級(jí)火箭底部的4條長(zhǎng)度達(dá)12米的碳纖維支撐腿會(huì)放出（你可以理解為起落架）创译。
碳纖維支撐腿
巨大的支撐腿支撐起第一級(jí)箭體
在前一篇我們提到過(guò)抵知，梅林發(fā)動(dòng)機(jī)是具有“節(jié)流”能力的，也就是可以調(diào)整功率软族。這時(shí)刷喜，就體現(xiàn)出他的價(jià)值了。隨著高度速度的不斷降低立砸，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整掖疮。
但梅林發(fā)動(dòng)機(jī)最低只能調(diào)整到全功率狀態(tài)的80%推力，在最后一次點(diǎn)火反推減速時(shí)颗祝，三臺(tái)梅林發(fā)動(dòng)受限于節(jié)流的范圍氮墨，沒(méi)有辦法完全做到產(chǎn)生的反推力和火箭的重量保持一致纺蛆。也就是說(shuō)——獵鷹火箭回收時(shí)不具有懸停能力。這個(gè)和藍(lán)色起源的新謝潑德火箭的BE-3發(fā)動(dòng)機(jī)具有深度節(jié)流能力规揪，因此可以在著陸階段懸停桥氏，調(diào)整姿態(tài)并精確的“命中靶心”是不同的∶颓Γ或許字支，這也要等到具有20%-100%深度節(jié)流能力的猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)服役后SpaceX才能做到回收過(guò)程中懸停。
正因?yàn)楂C鷹火箭沒(méi)有懸停能力奸忽，因此對(duì)它的回收就是“一錘子買賣”堕伪，必須一氣呵成的完成“調(diào)整——減速——著陸”的動(dòng)作。機(jī)會(huì)只有一次栗菜！任何差錯(cuò)都會(huì)導(dǎo)致回收失敗欠雌。
支撐腿放出，發(fā)動(dòng)機(jī)最后一次點(diǎn)火減速
如果前面都做對(duì)了疙筹，那么恭喜富俄！獵鷹回家了！
04?回收之后
一級(jí)火箭回收之后應(yīng)該做什么而咆？如果是在陸上回收霍比，那比較簡(jiǎn)單，將箭體緩緩放倒暴备，用車輛拉回庫(kù)房悠瞬。
用車輛將回收的箭體運(yùn)回庫(kù)房
如果實(shí)在海上回收，會(huì)稍微復(fù)雜一點(diǎn)涯捻。在火箭著陸后浅妆，咳咳，應(yīng)該是著艦后障癌，會(huì)有SpaceX的工作人員登上無(wú)人回收駁船狂打，通過(guò)鋼索連接到一級(jí)底部的固定吊耳的方式將火箭和駁船妥善固定，防止因?yàn)轱L(fēng)浪顛簸而導(dǎo)致箭體傾覆混弥。此后，無(wú)人駁船會(huì)遙控返回碼頭对省，再將火箭裝車運(yùn)走蝗拿。
SpaceX的回收火箭庫(kù)房
隨著一級(jí)火箭回收成功的常態(tài)化，Space也有了甜蜜的煩惱——它估計(jì)是唯一一家苦惱火箭庫(kù)房不夠用的航天公司吧蒿涎。
回收的火箭在入庫(kù)后哀托，會(huì)拆除支撐腿、格柵鰭劳秋、發(fā)動(dòng)機(jī)等仓手，并對(duì)箭體和這些拆除的部件進(jìn)行檢查和必要的修理胖齐。
比如：返回過(guò)程中受損的格柵鰭
在完成了對(duì)回收箭體以及部件的檢測(cè)和修復(fù)之后，SpaceX會(huì)將他們重新組裝起來(lái)嗽冒。并完成重新加注燃料測(cè)試呀伙，地面靜態(tài)點(diǎn)火測(cè)試等一系列測(cè)試工作。如果所有的測(cè)試都通過(guò)了添坊，那么就可以在市場(chǎng)上尋找愿意用“舊火箭”發(fā)射的客戶了剿另。為了吸引客戶，SpaceX目前對(duì)愿意接受復(fù)用火箭的客戶在發(fā)射費(fèi)用上可以打七折贬蛙∮昱或者，將回收的獵鷹9號(hào)一級(jí)火箭作為重型獵鷹的助推器使用阳准，就如同重型獵鷹首飛時(shí)做的那樣氛堕。
如同前文提及到的，目前SpaceX的火箭復(fù)用野蝇，最大的限制還是梅林發(fā)動(dòng)機(jī)讼稚。液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)富燃燃燒必然帶來(lái)結(jié)焦和積碳問(wèn)題，這是無(wú)論如何無(wú)法規(guī)避的浪耘。而清除渦輪等處的積碳絕不是一件容易的事情乱灵，比清理家用轎車發(fā)動(dòng)機(jī)積碳可難多了。對(duì)于此七冲，SpaceX目前就是想解決痛倚，估計(jì)也是有心無(wú)力。比較可行的方法還是等猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)服役后依靠后者“全流量分級(jí)燃燒循環(huán)”的液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)特性來(lái)避免積碳問(wèn)題吧澜躺。
05?尾聲
本篇介紹了SpaceX的看家絕活——火箭的回收和復(fù)用蝉稳。在下一期我們將一起來(lái)看一下鋼鐵俠的火星殖民之夢(mèng)，以及為了這個(gè)夢(mèng)想而計(jì)劃打造的ITS（行星際運(yùn)輸系統(tǒng)）或者叫BFR（Big Falcon Rocket掘鄙，大獵鷹耘戚。其實(shí)鋼鐵俠自己更喜歡叫它“Big F**king Rocket”）。具體如何操漠，請(qǐng)聽(tīng)下回分解收津。
