可回收火箭：失败孕育着成功

向阳

2015年1月10日，美国太空探索技术公司（SpaceX）研制的“猎鹰”9号运载火箭搭载“龙”飞船在卡纳维拉尔角空军基地发射升空。“龙”飞船的任务是向国际空间站第五次运货，飞船上装载了约2.5吨货物，其中包括供256项科学试验使用的物品。

伴随此次“龙”飞船太空飞行的另一个任务是在海上回收“猎鹰”9号的一级火箭。不过火箭回收尝试以失败告终，火箭在海面回收船平台硬着陆并损毁。

可回收火箭是什么？

目前，全世界的运载火箭都是一次性航天工具，可回收火箭是与一次性火箭相对应的火箭，即火箭可以回收后重复使用。卫星或飞船是靠火箭携带升空的，目前普遍采用的一次性火箭携带卫星或飞船升空时，会在飞行过程中抛下一些部件，包括助推火箭、一级火箭、逃逸塔、整流罩、二级火箭、三级火箭，这些部件可统称为残骸。

抛下的一级火箭等部件坠落地面通常都是摔坏和毁损，不可能再用了。所以，如果能回收一级火箭，甚至是将来回收二级火箭，就可以重复使用，这实际上是航天航空的一次革新。如果火箭能顺利返回地球软着陆，将对太空探索产生重大影响，例如，将大幅缩减太空旅行的成本和花销。

可回收火箭一般是让其在海面平台上着陆，这个设想其实已经提出几十年，但从未有过尝试。太空探索技术公司就是第一个进行这种试验的探索者，该公司的可回收火箭早就在酝酿和试验了，但是，真正进入试验阶段也是在2014年，太空探索技术公司曾两次试验让“猎鹰”9号的一级火箭在海平面降落。其中一次试验是在2014年4月19日凌晨发射“猎鹰”9号运载火箭，在火箭发射几分钟后，利用火箭助推将一级火箭降落在大西洋上。另一次试验也让一级火箭成功在海面垂直平稳落水。

对一级火箭回收的原理是，运载火箭发射升空不到3分钟内，等一级火箭关机并与上一级火箭分离后不久，直径12英尺（约3.66米）的一级火箭会重新点燃若干火箭发动机，用于减速制动。几分钟后，一级火箭在距离水面不高的地方再次点燃一台发动机，使火箭以较慢的速度溅落到大西洋中。

当然，太空探索技术公司也设计了一级火箭在陆地上回收的装置，即一级火箭配备4条由碳纤维和铝蜂窝板制成的着陆支架。高25英尺（约7.62米）的支架向外伸出，在一级火箭下落的过程中展开先着地，以便一级火箭软着陆。2015年1月10日可回收火箭试验就是在以前一些试验的经验和基础上进行的。

虽然太空探索技术公司此次可回收火箭的正式试验失败了，但这种尝试在人类航天探索中具有里程碑式的意义。

可回收火箭的多重意义

可回收火箭不只是降低成本，而且还有其他意义，例如，能保障地面人员和财产的安全。现在的火箭发射时那些被抛下的部件中，除了三级火箭外，其他部件会因为高度不足，无法完全燃烧而成为残骸降落到地面或水面。

为此，火箭发射既需要精确的火箭弹道（这些弹道是根据卫星轨道理论、发射场坐标、火箭运载能力等进行精密设计的，以便把卫星送上适宜的轨道），也需要设计好箭下点（火箭飞行时在地面的投影点），因为箭下点经过的区域也即残骸坠落区，这些区域当然要尽量避开人烟密集的地方。

尽管有精密的设计，而且残骸坠落区也是相对固定的，但是，还是不可避免地会有火箭残骸落入民居损坏财物，甚至还会有伤人的事件发生。例如，2007年10月25日，中国搭载嫦娥一号卫星的长征三号甲运载火箭的一级火箭残骸砸坏贵州福泉当地一间民房。2013年12月2日凌晨，搭载嫦娥三号的长征三号乙运载火箭发射升空，一级火箭残骸坠落在湖南省邵阳市绥宁县，砸坏该县两户村民的房屋。

如果太空探索技术公司的可回收火箭试验能获得成功，可以在今后减少甚至避免火箭残骸坠落对地面人员和财物造成的伤害和毁坏。

另一方面，可回收火箭还具有环保的意义。早在2004年6月22日，美国环保组织就发布一项研究报告称，由于美国不断发射火箭，环境受到火箭燃料、导弹助推器燃料等物质的长期污染，大量有毒的高氯酸盐残存在土壤和水体中。因为高氯酸盐常被用作火箭发射的燃料。如果每10亿单位的牛奶中高氯酸盐的含量低于1单位，对人体无害。但是，在环保组织抽查的32份加利福尼亚州牛奶样品中，竟有31份含有高氯酸盐，平均每10亿单位的牛奶中，高氯酸盐含量达到1.3单位，超过了健康饮用的标准。

对此，一方面可以通过使用新的不含高氯酸盐的燃料来解决，另一方面，如果能回收一级甚至二级火箭，就可能使火箭残骸不会掉在地面和水中完全解体，也就不会让剩余燃料更多地污染环境。所以，可回收火箭也有利于环保和人的健康。

失败是成功之母

在2015年1月10日的火箭发射前，太空探索技术公司创始人、首席执行官埃隆·马斯克在社交网站推特上透露，此次试验的成功率只有50%，因为这一技术目前很难掌控。

此前太空探索技术公司的试验只是让一级火箭定点降落在海平面上，而没有设计可接收一级火箭的降落平台。因此，1月10日的试验有两个核心：一是“猎鹰”9号火箭的一级火箭能否首次在没有锚定的海面回收船上精准着陆;二是火箭着陆后是否完好，即没有被砸坏，可以经过修整后重新使用。

要让一级火箭在分离后垂直降落在回收船上，其难度就像“在暴风雨中让一根扫帚平稳地直立在手掌上”。因为没有锚定的回收船的平台只有足球场大小，要求火箭的着陆精度要在10米以内。

试验的结果是，一级火箭降落的精准度得到验证，成功地降落在浮动平台上，但是火箭摔坏了，因为它是硬着陆，而非软着陆。原因在于，回收火箭的减速制动不过关。就像高速开车进停车场，看好了位置减速，可是到了停车区域没停住，撞到墙上了。当然，另一个原因也可能是，火箭底部专用于着陆的支架还无法使火箭软着陆。

另外，回收船是一艘无人船，能够根据GPS信息自行定位到3米的精度，也可以远程遥控，因此，船上没有人员，但这也意味着研究人员无法在第一时间仔细观察火箭降落的情况。

虽然这次试验失败了，但马斯克仍然认为，这次是差一点成功，前途看起来是光明的。

未来的展望

如果可回收火箭能够成功，则意味着能大大降低太空探索的成本，让人类更容易进入太空。

英国金斯顿大学火箭实验室主管亚当·贝克博士表示，在当前情况下，太空探索极其昂贵。如果太空探索技术公司能够把火箭发射费用成功降低50%以上，那么更多的太空探索和利用将会变得可能。更多的卫星和飞船可以进入太空，人们也可以利用太空资源，向地面提供更多的利益和服务，比如利用空间太阳能技术。另外，更多宇航员也会有机会进入太空，人们还可以飞往其他星球，如月球、火星，或许移民火星并进入更遥远的太阳系区域。

不过，对于可回收火箭也并非所有人都看好，甚至航天航空领域的一些专家也提出了不同意见。例如，美国洛克希德-马丁公司发射服务部主管罗伯特·克利夫就认为，可回收火箭是一个天方夜谭。因为，可回收火箭涉及材料科学、控制，还涉及运行效率。关键是，要回收什么东西的话，就得把更多和更大重量的物体发射入轨。这必须对物理定律进行更多的研究才能做到。

尽管太空探索技术公司现在的可回收火箭试验失败了，但是已经向成功迈出了坚实的第一步，即便现在可回收火箭没有做到，未来未必就是天方夜谭。

【责任编辑】张田勘