SpaceX 为什么不用降落伞加充气保护装置降落？而用那么复杂的技术回收？ - 知乎171被浏览<strong class="NumberBoard-itemValue" title="4分享邀请回答03 条评论分享收藏感谢收起SpaceX 可重复使用发射系统为什么不使用降落伞？ - 知乎80被浏览<strong class="NumberBoard-itemValue" title="1分享邀请回答113 条评论分享收藏感谢收起SpaceX海上回收火箭成功，人类真的要上天了？|界面新闻 · JMedia 扫一扫下载界面新闻APP
文/东方亦落
北京时间4月9日凌晨4点43分，在经历过四次海上回收火箭的失败之后，SpaceX公司在佛罗里达州的卡纳维拉尔角成功发射了&猎鹰9号&一级火箭，并首次实现了海上回收的成功。
众所周知，SpaceX的创始人埃隆&马斯克素有现实版&钢铁侠&之称。这个想在火星上退休的男人一直希望能在20到30年内将人类送上火星。而这一次海上回收火箭的成功，让人类距离去月球行走、去火星旅游的梦想又近了一步。
那么，人们为什么要进行火箭回收？海上火箭回收的意义究竟有多大？人类离自己的太空梦还有多远呢？
一、海上火箭回收难度颇高，对人类意义非凡
自古以来，航天就是人类的梦想。明朝的万户设想利用火箭的推动力加风筝的力量上天，并在实践中为此付出了生命。如今，人类早已将飞上太空变成了现实。不过，航天领域的材料耗费现象极为严重，因此，运载火箭的重复使用就成为了人类重要的目标。
如果一枚火箭在每次用完后都能够回收，那么它们就像飞机一样，只要重新加满油就可以再次进入太空。这有助于使航天发射的总成本大幅度降低，也能够降低人类探索太空的门槛。如果火箭回收技术得以成熟，那么航天活动就会像航空那般容易，以低价实现对太空的探索也将变为可能。
据马斯克介绍，重复使用技术能够将发射成本降至600万美元左右，这个金额相当于SpaceX公司发射报价的1/10。
这是因为，海上回收能够比陆地回收节省更多成本。对此，中国运载火箭系列总设计师、中国工程院院士龙乐豪在接受采访时表示：&火箭回收的垂直落点正好落在海上，所以海上回收使火箭发射后无须掉头飞回陆地，因此可以节省燃料，控制成本。&
此次&猎鹰9号&在海上回收的成功，是人类首次完成了海上回收火箭的任务，可以说对人类的航天进程有着重大意义。有人认为这一任务的难度就像&在暴风雨中将扫帚立在掌上&。而SpaceX公司自己的比喻则是：&这就像发射一根铅笔，让它飞跃纽约帝国大厦楼顶后精准落在一块漂浮的橡皮上，而且不能倒&。
由此可以感受到，这件事确实非常难。所以能够将其变成现实，马斯克在言谈之间也不无骄傲：&前往地球轨道&旅馆&、月球和火星的票价将远低于人们的想象&，这是马斯克在推特上写下的话。
对此，彭博社认为，尽管马斯克的态度有些夸张，但是谁也无法否认这一历史时刻的标志性意义。SpaceX公司对&猎鹰9号&回收的成功再现了老一辈航天人的激情，并且开启了廉价可回收火箭的时代。
除了媒体之外，连美国总统奥巴马和&阿波罗号&的宇航员巴兹&奥尔德林（就是和阿姆斯特丹一起登月的那位）也都对SpaceX成功实现了海上火箭回收表示惊叹与祝贺。
从始至终，SpaceX一直被外界看成是紧咬航天巨头的&傲慢暴发户&。在14年前成立之时，马斯克的终极目标就是帮助人类实现移民火星的夙愿。这个目标能否实现暂且按下不表，不过SpaceX确实离主导商业航天领域的目标更近了一步。据悉，SpaceX在今年计划了18次飞行任务，是去年的3倍。
需要承认的是，SpaceX在海上火箭回收方面处于领先地位。不过，在火箭回收方面，并非只有SpaceX一家，比如亚马逊也同样精通此道。另外，我国也在研发可回收火箭技术。那么，这些技术又有着怎样的优势？其中又是否存在问题呢？
二、火箭回收技术受青睐，虽存缺陷但前景光明
除了SpaceX之外，亚马逊也在对航天领域进行持续的深耕。2015年11月，亚马逊成立了私营航天公司Blue Origin（蓝色起源）。自成立以来，Blue Origin就一直和SpaceX呈两强抗衡的局面。甚至在火箭回收利用这一方面，Blue Origin还要更胜一筹。
本月初，贝佐斯发推文表示，Blue Origin已经完成了对同一枚火箭的第三次重复使用，贝佐斯还希望能够在2018年用火箭搭载付费乘客飞向太空。
私营航天公司不断追求技术创新的行为，对未来的商业太空飞行极具意义。对大众来说，航天私企对火箭重复回收技术的深耕带动了全球商业发射成本的下降，人类进入太空的价格也因此降低了1个到2个数量级，这就意味着更多的民众有能力负担太空旅行所需要的资费。所以说，我们可能真的快要&上天&了。
在SpaceX发射成功之后，不少人都在关心我国的火箭回收技术。人们开始担心我们在航天领域会落后于别国。实际上，我们不必担心&落伍&。中国运载火箭技术研究院研发中心可回收火箭的团队负责人申麟表示：&中国运载火箭技术研究院研发中心一直在做可回收火箭的研发，我们只是说得少而已。&
据悉，我国运载火箭技术研究院研发中心的可回收火箭项目是2011年开始的，这个时间和Space X公司提出可回收火箭计划的时间几乎相同。
一般来说，火箭回收的方式分为三种：垂直降落式、降落伞式和给火箭安装&翅膀&，中国运载火箭技术研究院研发中心采用的是降落伞+气囊和垂直降落的&两条腿走路&的方式。去年11月下旬，研发中心对运载火箭子级回收群伞空投的试验取得成功。
申麟认为：&就目前来看，我们在&降落伞+气囊&方式上的进展会快一些，去年完成的热气球投放试验只是一个缩比试验，但验证了我们使用大型群伞的技术能力。总体而言，我们的可回收火箭研究还处于关键技术攻关阶段&。
尽管这种技术很不错，但也存在着一些缺陷。降落伞回收技术虽然简单可靠，但却属于初级技术，使用时限制颇多。
首先，这种技术一般情况下应用于对宇宙飞船的回收中，如果想在火箭上搞这个，则需要强化箭体强度，或为其配置一套独立的减速发动机。而这些都会占用火箭的重量，这样一来，推力的损失会大于发动机的反推。
其次，由于降落时冲击较大，故而需对箭体长度进行控制。最保险的做法是实现火箭发动机和燃料罐的再分离，对发动机进行单独回收。
此外，降落伞式的回收方式很难控制落点。因为大范围的偏离往往发生在降落伞阶段，在这之后即使启动发动机，也难以实现定点降落。
最后，要将车开到回收地点也并非易事。因为回收场地基本处于荒野，大型车辆不易通过。
由此可见，降落伞式回收并非最佳选择。从整体来看，垂直回收倒不失为一个好方法。对于垂直回收火箭的研究，我国已完成了系统的方案论证，并已完成相应的仿真研究。
SpaceX完成海上火箭回收作业是&重要的历史性时刻，对人类有着重大的意义，相当于新时代的月球行走（彭博社文）&，亚马逊回收技术的成熟则推动了商业航天成本的降低。目前，我国也在对火箭回收技术进行深入的研究。可以说，各方的共同努力使人类对于太空的探索踏上了一个全新的里程。
您至少需输入5个字评论 相关文章推荐阅读在SpaceX之前，中国的降落伞回收火箭实验已成功
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在SpaceX之前，中国的降落伞回收火箭实验已成功
& 北京时间12月22日9时29分，美国太空探索公司（） 成功发射猎鹰 9 号火箭（Falcon 9 FT），并在发射10分钟后非常完美地回收了一级火箭，这是人类史上第一次将火箭发射到太空之后还能返回地球。伊隆·马斯克（Elon Musk）曾经表示，“如果火箭可以像飞机一样重复使用，那么进入太空的成本可以降低百倍。”美国太空探索公司（SpaceX） 成功回收猎鹰9号一级火箭在中国这边，据中国运载火箭技术研究院微信公众号“航天科技一院”报道，一院作为中国最大的火箭研制单位，也一直致力于回收技术的研究，并于11月下旬成功完成了运载火箭子级回收群伞空投试验，这标志着我国运载火箭在部段回收技术上取得了新的进展，离实现可重复使用又近了一步。研发中心进行运载火箭子级回收群伞空投试验研发中心试验人员汪小卫介绍说：“这次空投试验考核了群伞系统出伞、展开至稳降的工作过程，获得了稳降速度、着陆过载等相关参数，验证了群伞技术用于火箭子级回收的可行性。下一步，我们还将进行更大规模的空投试验，为最终飞行试验的成功奠定基础。”的方式有哪些？汪小卫介绍：“火箭的回收方式一般有3种：降落伞式、垂直降落式以及给火箭安装‘翅膀’的方式。”SpaceX公司采用的是第二种，也就是垂直降落回收的方式。一院研发中心刚刚完成的运载火箭子级回收群伞空投试验，则采用第一种降落伞式。为何首先研究芯一级回收？汪小卫说：“火箭芯一级在未进入太空前分离，相对其它部段的回收，当前其技术实现性强，芯级回收技术作为一项通用性技术，后续还可以推广到其它型号中去。”未来，火箭的芯一级还将增加“返航”设计，通过携带供自身返回的燃料，自主飞回预定区域，以备重复利用，从而降低运载火箭的发射成本。回收火箭能省多少钱？大家都在回收这件事上这么认真，那么有没有算过这笔帐，到底可回收火箭技术成功推出，发射一次火箭到太空，成本到底会降低多少？根据爱范儿报道，之前马斯克作客 Reddit 的 iAmA 频道，透露制造猎鹰 9 号火箭的成本是 6000 万美元，而的成本为 20 万美元。即使使用的是相对昂贵的偏二甲肼/四氧化二氮的长征-2F运载火箭，一次发射的燃料成本也只有约1728万元，而这在整个制造火箭的成本中所占比重非常小。如果能成功回收并再次利用一级火箭，可以节约成本的80%，而如果能重复利用二级火箭则能节约98%，因为燃料的成本基本上可以忽略不计。如果火箭可重复发射，那么就和固定资产的投资一样，只需要支付维护成本，补充燃料就可以继续执行任务。然而，如果“可重复发射”是降低成本的要点，NASA 又为何会彻底放弃航天飞机呢？直接原因是，美国 5 架航天飞机当中，有 2 架在执行任务时发生爆炸、解体，14 名宇航员为此丧生。另外一个重要原因是，航天飞机的发射成本过高。NASA 在研发航天飞机时，每架研发费用高达 20 亿美元，它们总共发射次数为 100 多次，每次飞行费用高达 5 亿美元。有数据显示，1985 年到 1988 年 10 月，航天飞机发每次发射费用飙升至 9000 万美元。NASA 最初估计，航天飞机发射费用为每斤 100 美元，每次发射费用不超过 600 万美元。NASA 航天飞机项目前主管维恩·海勒（Wayne Hale）说，“这是一个极其复杂的设备，每次升空前都要进行大量的翻修。”从结构来说，猎鹰 9 号不会比航天飞机复杂，然而火箭发射都必须经历严苛的环境，外界温度变化在零下 250 到 1000 华氏摄氏度之间，此外火箭本身还要经受升空时巨大的压力。因此，同一枚猎鹰 9 号如果要再一次射入太空，之前也和航天飞机一样经历翻修的过程。所以现在的疑问是，猎鹰 9 号的翻修成本有多高？在多少次发射之后火箭就彻底报废？每一次发射之后，火箭的翻修成本增加得有多高？现在 SpaceX 称这枚成功回收的猎鹰 9 号不会再次发射，而是帮助公司了解两次发射过程中火箭的受损程度。收回来还能二次利用？曾经在 NASA 担任航天飞机项目经理史蒂夫·保卢斯（Steve Poulus）对 The Verge 说，多数翻修工作是专项检修，成本应该不到 50 万美元，而制造新的火箭需要6000万美元。SpaceX很可能使用了金属，某些部分可能是复合材料，可以承受温度压力而不会遭受任何破坏。猎鹰9号还要承受大气层中气体的巨大压力和阻力，一级火箭的最高飞行速度可达到5.5马赫至7.5马赫。它在穿越大气层时会承受高空风的压力，还会振动，可能导致箭体受损。另外，回收火箭的另一项技术难度在于十分复杂的电子系统上。电子系统是火箭的核心，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。猎鹰9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9号的第一级火箭共有9台，发射的时候9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，猎鹰九号关闭其中的6台发动机，只剩3台继续工作。而且，这剩下的3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。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。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，实际上是一件很难的事情。一旦实现发动机推力可调，就可以实现火箭的定时、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。
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1月17日，美国太空探索公司SpaceXP从加州发射猎鹰9号火箭，并成功将一枚气候检测卫星送入太空轨道，然而此次发射的另一个目标也就是利用海上平台对火箭进行回收却未能成功，SpaceX创始人马斯克称，一级火箭回到了太平洋上的平台，但火箭的着陆支架未能锁定位置，火箭台全部损毁。
SpaceX曾于2015年12月在美国佛罗里达州成功实现了陆上火箭回收，如果此次海上火箭回收也能成功，将是人类在廉价可回收使用火箭探索上的重要进步，可惜此次海上回收再次失败，据悉，这是SpaceX第三次在海上试图进行火箭回收，三次皆未能成功。
为什么要研究火箭回收？
众所周知，对于目前的人类太空探索来说，进入并返回太空以及载人进入太空并成功返回地面已经是中美俄三大国掌握了多年的技术，然而人类的航天工业并没有突飞猛进的发展，这其中最主要的限制因素就是火箭发射成本太高。居高不下的火箭发射成本让世界上最为财大器粗的中美两国航天部门也不得不压缩再压缩一次次的太空探索。
以SpaceX的猎鹰9号火箭为例，火箭成本高达5000万美元，而其中必须耗费的燃料成本仅有20万美元，其他四千多万美元都是火箭发动机、火箭燃料储箱以及导航控制系统，而受制于现今科技水平，这些在火箭发射都都会彻底报废。而一旦火箭可以重复使用，也就意味着每次的火箭发射成本可从5000万美元瞬间低至20万美元，其对人类太空探索以及航天事业的发展意义不言而喻！
上个世纪，美国为了降低航天发射成本开发出了航天飞机，然而后来证明航天飞机的维护成本过高，并不能降低航天发射成本，最终迫使美国退役了所有航天飞机，虽是如此，美国也积累了可重复使用助推器的技术。
火箭回收的四种方式
目前来说，火箭回收的研究方向有三个，一是降落伞垂直下降方案，二是动力反推垂直下降方案，三是滑翔飞行水平降落方案（其中第三种方案又可以分为两种：有动力滑翔水平降落和无动力滑翔水平降落方案）。其中最为可行的就是前两种方案，中国曾在2015年11月成功完成运载火箭子级回收群伞空投实现，此种方案就是属于第一种降落伞垂直下降方案，难度较小，然而回收效果不理想。而SpaceX火箭回收则属于第二种也就是动力反推垂直下降方案，难度较大，然而一旦成熟，回收消费非常理想。
火箭回收未来前景
降低航天发射成本，研究可重复使用火箭对人类探索太空具有重要的里程碑意义，其不仅可以产生极大的经济意义，更有着深远的技术意义，一旦人类打造出可重复使用的运载火箭，也就意味着人类可以以非常低成本往返太空，这对航天事业的发展意义不可估量。对于SpaceX来说，马斯克早已宣布要抢在美国航空航天局之前实施载人登陆火星计划，而运载火箭的成功陆上、海上回收则是其载人登陆火星的重要基础。
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