一、引言
說起商業航天，說起火箭回收，大家可能會立馬想到美國的SpaceX公司。確實，SpaceX公司真正讓火箭回收重複利用走進大眾視野中，得到社會各界的廣泛關注。從2012年懸停試驗機"蚱蜢"首次升空算起，到2017年3月首次發射回收翻修後的火箭一子級，耗時長達5年。其間歷經13次實際發射回收試驗，數十次回收試驗，上百項迭代改進，終於實現火箭精準回收。近兩年，SpaceX公司的回收技術已經日漸成熟，截至去年年底，SpaceX公司的獵鷹火箭已執行了25次發射，任務成功率100%。不僅如此，複用發射報價相對新火箭降幅達上千萬美元。
Space X
我們知道SpaceX公司的獵鷹火箭採用的回收方式是垂直返回式，及火箭在分離後垂直降落返回，通過柵格舵、姿控發動機、發動機節流反推三者結合，控制火箭的姿態與降落速度，知道穩穩的筆直的降落在預定的位置。垂直式回收技術可實現定點安全回收，但系統複雜，控制難度極大，關鍵技術眾多。SpaceX公司的獵鷹火箭能夠回收成功，並且實現重複使用，進行商業發射，這是十分令人敬佩的。
SpaceX公司獵鷹火箭上的柵格翼，用於火箭返回過程中調整火箭姿態
二、垂直返回式回收火箭適合我國跟進研發嗎？
不過SpaceX公司的這種垂直返回式回收火箭真的適合我國發展嗎？這個問題或許仁者見仁智者見智，沒有標準答案。不過筆者是持懷疑態度的。下面筆者就來說一說具體的原因：
首先，我們上面也提到了，垂直返回式回收火箭的技術難度是很大的，我國航天技術雖然發展迅猛，並且在世界上也能排入第一梯隊，但是畢竟起步比較晚。蘇聯1961年就將加加林送上了太空，美國1969年就完成了登月活動，而我國在2003年才將首位航天員楊利偉送上太空。這其中有著幾十年的技術差距。我國現在大型火箭的研製也不是很順利，長五磕磕絆絆，長七前不久還失敗了。所以現在搞垂直回收，不免有些好高騖遠。
美國航天員登上月球
其次，垂直返回式回收火箭還有一個很大的弊端，那就是火箭在回收時反推發動機還要點火工作。那麼在發射時，勢必就要多攜帶一些推進劑。火箭發動機的推力是一定的，多帶了燃料，肯定就要犧牲運載能力，就要減少貨物的重量。這對於發射近地軌道的航天器來說可能還好，對於發射高軌道的航天器來說，運載能力會受到嚴重製約。況且我國現在還沒有運力與SpaceX公司的獵鷹重型相當的火箭，就算能夠攻克垂直回收的關鍵技術，在小火箭上使用，本來運力就不大，再折損一些運力給多帶的燃料，那還能往太空運送個啥？這就顯得很雞肋。
垂直返回式，在降落時反推發動機需要點火工作，因此
最後，掌握火箭垂直回收技術實際上只是一部分，別忘了，我們回收是為了重複使用。一次性的東西好設計，重複使用的東西就比較複雜了。如何保證火箭的關鍵部件能夠多次承受惡劣工作環境的考驗？如何保證各個部件再多次工作時還有良好的可靠性，穩定性？當然，還要保證火箭研製經費不能有大幅度的增長。否則就會變成美國航天飛機項目那樣又成功，又失敗的案例。美國的航天飛機設計初衷也是想通過重複使用降低發射成本，最後美國用一系列的高精技術實現了航天飛機的助推器與軌道器的重複使用，但是很失敗的是，成本不僅沒有降下來，反而直線飆升，最終早早退役了。SpaceX公司所公佈的發射報價雖然大幅降低了，實際上這是與美國航天局以往的發射報價相比得到的。在商業航天沒有發展以前，國際航天發射市場美國包攬了一大半，在這種壟斷下，美國航天局以往的發射報價肯定是高的嚇人。隨著SpaceX公司這種商業公司的發展，民營資本進入國際航天發射市場，其報價大幅降低是理所當然的事情。但是其發射成本的降低幅度到底有多少還是很令人質疑的。
美國航天飛機，儘管實現了助推器與軌道器的重複使用，但是由於維護成本過高，可靠性比較低而提早退役
三、傘降回收方式
所以雖然垂直返回式回收火箭在技術上很先進，但是卻不一定就很適合我國航天技術的發展階段與水平。那有沒有其他的回收手段更適合我國發展呢？下面就要介紹火箭回收的另一種方式：傘降回收。
實際上SpaceX公司並不是世界上首先開展火箭回收的，自 1957 年蘇聯使用改裝後的 P-7 洲際導彈發射第一顆人造衛星以來，人們就一直關注運載火箭的回收問題，例如在錢學森先生 60 年代初編著的《星際航行概論》中就已經有專門探討運載火箭回收的章節。早期很多國家都做過火箭回收的試驗，不過主要式以傘降回收為主。如今，飛行器回收用的降落傘系統目前已經在國際上得到了比較廣泛的應用，如美國航天飛機固體助推器就是通過降落傘減速，降落到海上，然後進行回收重複使用。另外還有蘇聯"能源"號助推器回收傘、阿里安5助推器回收傘、K-1火箭回收傘等。
美國航天飛機助推器分離回收示意圖
美國航天飛機助推器在海上傘降回收過程，使用的是群傘降落的方式，每個助推器使用了三個降落傘
目前火箭的傘降回收又分為兩種方式，一種是群傘降落，一種是可控翼傘降落。群傘降落就是將好幾個降落傘並在一起為火箭減速，而可控翼傘就是使用大型的翼傘，控制火箭緩慢的滑翔降落。一般傘降回收火箭箭體上還要安裝緩衝氣囊，進一步吸收落地瞬間的衝擊能量。群傘沒有控制火箭落點的能力，只能隨風而飄，而翼傘是可以在空中滑翔的，控制滑翔軌跡可以使得火箭向預定的回收點飛去，從而實現比較精準的回收。雖然在精度上肯定要比SpaceX公司的垂直返回式差得多，但是在技術上要簡單得多，而且翼傘得質量相對較小，在火箭運力的損失上也比較小。對於我國來說，研究翼傘回收或許是現階段最好的選擇。
翼傘回收示意圖
整體過程示意圖
四、總結
不管怎麼說，回收運載火箭的一個重要目的在於重複使用以降低成本。如果無法把成本有效的降下來，那技術再先進也沒用，美國的航天飛機就是個典型的例子。另外由於我國運載火箭發射基地大部分都在內陸， 運載火箭助推器與芯級的墜落地點都在陸地上， 儘管這些墜落點都選擇在人口密度相對較低的區域，但由於殘骸落點散佈範圍大，仍然威脅大量的當地居民。有效的對火箭進行回收也可以消除對地面人員與財產的威脅。從這兩個方面來說，運載火箭的回收可謂是大勢所趨、人心所向。只不過我們不能盲目跟風，選擇最適合自己的最重要。
本文參加【科學V計劃】，內容為作者原創。
