SpaceX成功发射并回收火箭颠覆航天业，马斯克如何做到？

马斯克的猎鹰9号火箭升级到了1.1版本，开始进行真实的回收试验，他每次都搞“搭便车”。也就是发射客户的载荷以后，一级火箭办完了正事儿以后，还有余力，那就多带一点燃料来做回收试验。

你想啊，火箭如果从卡纳维拉尔角发射的话，肯定是朝着东边打，东边是海。火箭走的接近抛物线，等一级火箭快烧光了，这时候一级火箭的速度没有达到第一宇宙速度，就在这个时候，一级和二级分离，二级火箭加把力气，再推一把，把载荷加速到第一宇宙速度，进入预定的轨道。

一级火箭呢这时候已经完成任务了，速度也没达到第一宇宙速度，所以一级火箭还是会走抛物线弹道，落进大西洋。马斯克搞火箭回收试验，就需要在预定的落点放一艘平板大船，在那儿等着。一级火箭需要做的就是调整自己的姿态，屁股朝前，张开栅格舵，精确调整自己的弹道，千万别落歪了。

等到了合适的时机，发动机再次点火。利用剩余的燃料，开始反推减速。一台梅林1D发动机的推力是提高到了67吨。火箭的空壳子其实没多重。所以，9台发动机只开一台都嫌多，必须把油门开小。而且回收过程之中，火箭剩余的燃料也是越烧越少，整体重量越来越轻，发动机必须跟着变，精确控制能力也是至关重要的。

到最后，火箭已经很轻了，发动机推力要控制在只比重量小一点，火箭可以缓缓地降落在平板大船上。但是说起来容易，实际做起来却非常的难，因为稍有差池就完不成回收。比如说歪个几十米，火箭就掉水里了。即便是对准了平板大船，下来的时候细长的火箭不垂直，稍微歪一点，结果就没站住，最后摔在平板大船上，或者速度控制不好，直接砸坏了大船，早期这种事儿也没少发生。

2015年的4月份，猎鹰9号的回收试验就是这种情况，火箭歪了，最后倒在了船上爆炸了。所以马斯克领着手下的工程师们就盼望着下一次回收试验，火箭能稳稳当当地站在船上。

下一次是6月28号，猎鹰9号发射龙飞船。这一次出动的平板大船是“我依然爱你如故”号，这艘船上的工程师们左等火箭不来，右等火箭还是不来，后来才知道。哪知道，这一次根本没有任何做回收实验的机会，猎鹰9号火箭升空以后3分钟就炸了，万幸的是龙飞船马上和火箭分离，开降落伞落在水里，里面运的货物没什么大的损失。

SpaceX自己当然是展开了调查，他们认为是外包厂家做的火箭二级液氧储箱氦气瓶支架螺栓不合格，导致氦气瓶泄露，液氧储箱压力过大而破裂。NASA调查了足足3年才给出了报告，他们认为不仅仅是外包厂家的问题，而是SpaceX发包的时候是按照工业标准选用了螺栓，而不是按照航天标准下达的要求，你要什么样的货，人家就给你造什么样的，这事儿怪不得别人。

针对这个缺陷，SpaceX很容易采取补救措施，但是，这个思维方式是改不了的，因为用便宜的工业级标准，而不用昂贵的航天级标准，这是SpaceX的既定方针。

猎鹰9号全推力版

马斯克他们足足憋了半年多没有再发火箭。他们的特点就是快速迭代。猎鹰9号全推力版本正式亮相了，长度已经拉长到了70米，近地轨道运载能力达到了22.8吨。我们的长征5B运载火箭近地轨道运载能力是25吨。也就是说，猎鹰9号的运载能力已经接近长征5B这种大火箭了。人家全推力版本起飞重量是550吨，长征5B是八百多吨，我们的火箭比人家大好多，但是近地轨道的运送能力大不了多少。这就是因为猎鹰9号在减轻自身重量上下了死功夫。我们的火箭设计方案并没有那么激进。

不过呢，长征5B是一级入轨，没有第二级，猎鹰火箭是有第二级的，猎鹰9号的第二级只有一台真空版梅林发动机，相对弱一点，所以如果是打GTO轨道，也就是同步转移轨道，只能打8.3吨，而长征5号能打14.5吨。

梅林1D发动机也进行了改进升级，推力可以在大范围内进行调节，甚至可以超水平发挥，推力达到额定值的110%，也就是86吨。假如猎鹰火箭的9个发动机有一两个熄火了，没关系，其他发动机超水平发挥，也照样把载荷送进轨道。

梅林1D发动机

你别说，SpaceX的迭代速度是真的厉害，当年梅林发动机是一个稀松平常的弱鸡，推力也就30多吨。现在经过一次次升级，不但推重比空前绝后，达到了190，比冲已经接近分级燃烧的发动机，推力居然上升了将近3倍，达到86吨。全世界哪个火箭发动机也没有这种脱胎换骨一般的变化。

猎鹰9号全推力版本还有一些其他改进，比如安装了回收用的支撑腿，也为载人龙飞船留下了接口。当时美国已经没有了载人航天能力，要去国际空间站必须搭人家俄罗斯的联盟号，别提多不爽了。NASA给SpaceX开出的要求是等到货运版龙飞船稳定下来了，性能良好，那就可以升级成载人的版本。NASA还是比较稳妥的，不像马斯克那么激进。

到了2015年的年底，新的实验机会来了，首先这次发射的载荷质量比较小，一共是11颗立方星，总重量只有1.9吨重。对于全推力版猎鹰火箭来讲，这点载荷真的不算什么。那么也就是说，可以留出不少燃料搞回收试验。马斯克和工程师们算计了一下，燃料足够一级火箭倒飞回发射场，就不要在大西洋里的平板大船上着陆了，这下可以避免很多不必要的麻烦。比如海上的大风，船只的晃动。

当然，工程师们很仔细地检查了所有的环节，特别是一二级之间的分离机构。过去，火箭的分离喜欢用爆炸螺栓。但是猎鹰9号的一级火箭是要重复使用的，不能一炸了事，要采用能够重复锁闭的装置。燃料也要重新调整配比。

猎鹰9号 flight 20发射/回收的长曝拼接照片

这次发射经过多次延期，一直拖到了12月21号，晚上8点半。火箭发射其实是非常快的，几分钟以后，火箭的一级就和二级分离了，上面该干什么干什么去。火箭的第一级开始返回试验。这一次是返回发射场，所以空中要兜个圈子，掉头180度。

马斯克的粉丝多啊，卡纳维拉尔角附近到处都聚集着观看火箭发射的人群。估计能有10万人吧，在网上看直播的人更是难以计数。大家眼睁睁地看着这个火箭划出半个抛物线，然后一扭头原路返回。一级火箭顺利地逆风点火，开发动机反推，到了靠近地面的地方，支撑腿完全伸开，火箭缓缓的落在了着陆场上，稳稳的站住。大家爆发出海啸一般的欢呼声。SpaceX终于创造了历史，人类第一次在实际发射过程中，垂直回收的一级火箭获得成功。

猎鹰9号第一次陆上回收成功

不过呢，从实验角度来讲，还有大量的数据要去分析。最后大家得出一个结论，如果要让火箭的第一级倒飞回到发射场，要预留15.3~17.1%的燃料，运力损失在53~57%之间。如果是不回头，走抛物线落在海上的平板大船上，那么只要预留7%的燃料，运载能力损失29%，相对来讲，还是可以接受的。

所以，还是在海上回收更划算。在平板大船上回收成功是必修课。2016年的1月份，要从加州范登堡发射Jason-3海洋观察卫星，马斯克还剩下最后一颗猎鹰9号1.1基础版，就用这颗火箭发射吧。这一次火箭是在海上回收，平板大船又出动了。这一次火箭倒是准确的落到了船上，但是4条着陆支撑腿有1条没锁定，火箭最后还是摔倒了，最后导致了爆炸。就差这最后一哆嗦了，还是没站住。

没关系，后面还有一次发射任务，还可以做实验。这一次要发射的是一个同步卫星，代号SES-9，足有5吨重，需要打进同步转移轨道。这是当时SpaceX接到的最重的一颗卫星。

SES-9卫星就在整流罩里

正因为这颗卫星很大很重，所以，接近了猎鹰9号的极限。要预留下火箭回收的燃料，必然是捉襟见肘。为了多装一点燃料，不得不拿出压箱底的招数，那就深冷加注技术，也就是把液氧的温度再降低一点，降到沸点以下几十度。热胀冷缩，过冷的液氧体积缩小，原来的那个燃料罐可以多装一点。蚊子腿也是肉，能多装一点就多装一点吧。

但是，好事多磨，原本计划2月末发射，结果因为各种原因一再推迟。特别是2月28号，本来都要发射了。结果有艘船误闯了降落区，不得不延期35分钟发射，煤油倒是无所谓，液氧被冷冻到零下200度，在发射台上傻站着，迟迟不发射，温度升高了是要产生气泡的，结果发动机果然推力不足，故障检测系统及时自动停止了发射。

一来二去，一直到3月2号也没能实现发射。火箭都傻站了一个礼拜了，不得已，拆下来送回厂房检修。马斯克下了死命令，3月4号必须发射。横竖就赌一把了，如果这颗卫星没有在规定期限内发射，不但钱赚不到，还要支付违约金。马斯克的资金什么时候宽松过？早期都是紧巴巴的。

一直到3月4号夜里的23:35，猎鹰九号从卡纳维拉尔角的40号工位拔地而起，起飞4分钟以后，火箭实现一二级分离，一级的任务就完成了。这一次，一级火箭姿态控制平稳，天气条件也非常好，火箭逆风点火也没问题。但是就在最后关头，火箭居然熄火了。从几百米的空中落下，砸在了平板大船上。

我依旧爱你如故号带着摔扁的火箭残骸回家了

不过，砸归砸，这次倒是没有爆炸的痕迹，因为火箭最后之所以熄火，是因为燃料烧光了。也就是说，这一次发射，几乎逼近火箭的运载极限，用来返回的燃料是死磕死的，一点余量都没有。最后关头，燃料烧光了，结果就砸在了船上。

这些问题都不是不可克服的，在4月8号，猎鹰9号把龙飞船送上了太空，火箭一级也顺利的在海上平板大船上站住了，这次海上回收终于宣告成功。至此，马斯克的第一阶段回收试验结束，重点解决的问题就是火箭能不能安全可靠的反推落地。最后，这个技术终于被SpaceX掌握了。

猎鹰9号终于在海上回收成功

火箭的反推回收，实际上是有不少窍门的。我国的长征8号其实也考虑回收再利用。编号应该是长征8R，具体搞出来到底是个什么样子，这个现在也说不准。但是我们遇到的问题就是发动机推力太大了，超过了一级火箭壳子的重量。长征8号带有两个助推器，索性助推器就不分离了，挂在一级火箭上当配重，这样回收的时候能增加一些重量。

要知道，发动机的推力大，要想回收也不是不可能。那就只有严格控制开机时间。让火箭做自由落体，下落时间长一点，这样速度就快一点。快到地面的时候，发动机2次点火，这等于是急刹车一样。分寸拿捏要非常的精确，刚刚好速度降为0的时候落地。如果反推时间长了，火箭就会由下落转为上升，这也就回收不回来了。

所以，长征8号一级火箭使用的YF100发动机推力还是太大了，足足有120吨，所以改成可以严格控制油门的版本也是很有必要的。猎鹰9号就赚便宜，9台发动机开一台就行，开小油门，早早的开始减速，减速时间够长，一切都可以从容不迫，有足够的时间去慢慢调整。

蓝色起源的新谢泼德火箭

到现在为止，真正把火箭回收搞成熟的，也就是马斯克一家。贝索斯的蓝色起源也在搞火箭垂直起降，但是他的目的是搞太空旅游，载人飞到亚轨道高度兜一圈，体验3~5分钟的失重感，然后载人的飞船分离，开降落伞落海，火箭倒退着飞回去降落。这并不是真正用来发射卫星的火箭。

新谢泼德垂直回收

蓝色起源的火箭叫“新谢泼德”，谢泼德不是美国第一个实现亚轨道飞行的人嘛，这东西就是用来搞太空旅游的，这个火箭外形比较猥琐，多少有点显得少儿不宜。

当然，蓝色起源也有正经八百的大火箭，叫“新格伦”，格伦美国一个进入环绕地球轨道的宇航员。当然，后续的还有“新阿姆斯特朗”火箭的计划，不过到现在为止，新格伦还没发射过，新阿姆斯特朗只停留在PPT上，八字还没一撇呢。

所以，除了当年NASA带着培养出来的那些老牌的防务承包商，比如波音和洛克希德，新兴的私营航天企业里面也就是马斯克的SpaceX正经八百的研发出了有竞争力的运载火箭。后来，猎鹰9号越来越成熟，回收也就越来越顺利，如今人家的火箭可以重复使用10次，大大降低了发射成本，如今猎鹰火箭的成本比我们长征火箭还要低呢。

不过，马斯克还在按部就班的推进下一代重型火箭的研发，毕竟猎鹰9号的潜力基本上已经挖的差不多了，再大的卫星他们也打不了。要想用最快捷的方式搞出一枚重型运载火箭，马斯克又一次拿出了他的绝招。我们下次再说。

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