院士嘲笑spacex可回收火箭

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一、全面追赶美国，中国可回收航天器技术展望

近年来，垂直起降可回收火箭技术在全球范围内引起了广泛关注，这主要是由于此类技术能够显著降低航天探索的成本，缩短项目研制周期，同时也符合应对能源危机和建设可持续发展生态环境的全球趋势。中国在此领域也展开了深入的研究和探索，力求追赶美国等技术领先的国家。以下是从技术角度对可回收航天器技术及国产可回收火箭技术发展的介绍。

火箭发动机回收技术的重要性在于其能够节约航天探索的成本，实现重复利用，进而缩短项目周期。可回收航天器技术，主要指火箭发动机的回收。2016年，美国SpaceX公司的“猎鹰9”火箭实现了首次在海上平台的垂直回收，标志着火箭回收技术的重大突破。尽管中国在该领域起步较晚，与美国等发达国家相比仍存在一定差距，但中国已明确将发展火箭发动机回收和重复使用技术作为战略目标，以实现航天强国的建设目标，并在商业航天领域抢占国际市场份额。

火箭发动机回收关键技术主要包括伞降回收式、垂直返回式和滑翔返回式三种方式。其中，伞降回收式依靠多级降落伞系统实现安全回收，但着陆精度较差；垂直返回式采用发动机推力主动反推实现减速，可实现定点安全回收，但系统复杂，技术难度大；滑翔返回式技术难度相对较低，但对回收场地有较高要求，着陆精度较差。

火箭发动机重复使用的关键技术主要包括高温组件寿命评估及延寿技术、运动组件摩擦磨损技术、结构动态载荷控制与评估技术以及健康监控与故障诊断技术。这些技术的突破对于实现火箭发动机的长期可靠运行至关重要。

俄罗斯在对待复用火箭的公开态度上发生了显著变化。最初，俄罗斯对复用设计持质疑态度，但后来正式发布了新一代商业化甲烷可回收运载火箭“阿穆尔”，该火箭采用低成本商业化可回收火箭思路，并结合了俄本土特色规划了一套回收体系。同时，俄罗斯还提出了使用米-26重型直升机调运回收火箭的新方案。

欧洲正在研发的下一代主力运载火箭“阿里安6”意图通过简化设计、提高增材制造比例等方式降低火箭成本。此外，法国、德国和日本等国也开始了复用火箭研发之路，通过联合项目和技术储备，为实现垂直起降部分回收运载火箭打下基础。

日本在H-2系列火箭之后规划了低成本一次性运载火箭H-3，但随着可回收火箭的发展，日本也开始考虑研发回收火箭。日本采用了自研和合作并行的方式，旨在实现火箭的可回收性。

美国SpaceX公司是全球可回收火箭技术的领军者，其“猎鹰9”火箭已成功实现垂直回收。SpaceX的构想是让液体燃料火箭成为可重复使用的物品，并通过自主空间港无人机船（ASDS）实现火箭的垂直降落回收。这一技术在难度上要求火箭在高速下降时保持稳定，并最终在指定区域内安全着陆。

我国在火箭回收技术方面也展开了探索，以长征八号运载火箭为代表，通过节流控制技术实现了火箭在飞行过程中的推力调整。此外，国内民营航空企业也在火箭可回收技术的研发上取得了显著进展，如翎客航天和深蓝航天等企业，分别在公里级和百米级垂直起飞及降落飞行试验中取得了成功。

二、成功回收火箭意义有多大

研发火箭回收技术的核心目标在于降低发射成本。以SpaceX为例，作为当前较为经济的火箭发射商，即便如此，将物品送入太空的费用依然高达6000万美元每次。若能成功回收火箭，SpaceX有望将此费用降至600万美元一次，这一变化的关键在于不再浪费那些昂贵的火箭部件。

600万美元虽然仍是一笔不小的开支，但这个价格点将会彻底改变商业航天工业的格局。对于众多企业而言，开展太空旅游、太空科学研究乃至其他与太空相关的业务都将变得可行。

更重要的是，低成本的火箭发射将为更多公司提供进入太空的机会，推动太空探索和开发进入新的阶段。这不仅有助于促进航天技术的进步，还将激发更多创新和创业活动，为人类社会带来更多的可能性。

随着商业航天工业的发展，火箭回收技术的成功应用将为太空研究、太空旅游、卫星部署等带来巨大的经济效益。它不仅能够降低进入太空的门槛，还将促进相关产业链的形成与发展，为整个行业带来新的增长点。

院士马斯克的首场发布会，吹了哪些牛？

2022年2月9日，美国国家工程院发布2021年度增补院士名单，SpaceX创始人伊隆·马斯克（ElonMusk）成功当选。这位现任世界首富，成功实现了“名利双收”。

“粗旷硬核”的发布会现场|SpaceX发布会视频截图

而在两天后，SpaceX举行了又一次新闻发布会，这位新晋院士向大家重点介绍了人类史上最强火箭星舰（Starship）的最新进展。

发布会的地点就是位于美国得克萨斯州的星舰测试基地，甚至所有观众就围绕在一个简易的露天讲台、投影面板和两台火箭发动机旁边，果真是非常硬核的工业风格发布会。

那么，院士马斯克到底说了啥？

猛禽二代发动机现身

SpaceX的成名绝技是低成本、可复用、高可靠性的猎鹰9号系列火箭。之所以做到这些，根源就在于它的墨林（Merlin）系列发动机，尤其是成熟的1D版本。

多次重复启动、可变推力调节、超高推重比、多发动机并联工作等特点，使得猎鹰9号和猎鹰重型系列均使用这一款量产型发动机，火箭成本由此大幅降低。

猎鹰重型火箭的27台墨林发动机|SpaceX

在星舰的发展过程中，发动机依然是最核心的技术突破点。为此，SpaceX花了很大力气研发新一代猛禽（Raptor）发动机。

猛禽发动机采用全流量分级燃烧循环，发动机燃烧室压力更大、比冲更强、寿命更长且推力更大。它采用更低成本的液氧甲烷推进剂，没有液氧煤油带来的积碳结焦问题，成本更低且可复用性能更强。

此前的星舰测试中，猛禽一代发动机性能优异，单台发动机185吨的推力是此前墨林1D的两倍，见证了星舰的成功原地回收测试。

猛禽发动机两个版本对比，可见二代更简洁，推力也更大|SpaceX

而在这次发布会中，SpaceX正式官宣了猛禽二代的研发进展。

在测试中它的推力已经提升到了惊人的230吨，且整体结构大幅优化、更加紧凑高效，成本反而会降到初代版本的一半左右。在未来的研发中，预计它的推力还会进一步增加。

超重推进器B4，未来作为星舰飞船一级火箭的超重推进器将安装33台猛禽二代发动机|BOCA'SBRAIN

SpaceX已经在新建的基地生产这一发动机，未来的生产效率预计可实现每日一台。这是一个很大的突破。实现量产，是让昂贵的航天研发能商业化盈利的根本。

此外，对于载人航天器至关重要的紧急逃逸能力，猛禽也给出了解决方案：未来的载人星舰飞船，将安装9台猛禽发动机，推重比大于1，足以在意外情况下让飞船安全逃离。

发布会现场的一代（右）和二代猛禽发动机|EverydayAstronaut

工欲善其事，必先利其器。可以说，猛禽发动机，是星舰走向成功的核心基石。

来自东方的神秘力量——“筷子”

猎鹰系列火箭的火箭一级（助推器），作为现役唯一可复用的火箭，回收方式可选用地面定点平台和海上定点平台。自2015年12月实现首次成功回收之后，回收技术越发成熟，目前已成功回收超过100次，有4枚助推器突破了10次重复使用，这个数据还在不断增加。相应的，回收精度也在显著提升。

于是，采用更强推进系统的星舰干脆计划采用一个更大胆的回收方案：通过巨大的机械臂在空中接住降落回来的火箭，马斯克本人在社交媒体更是把这个巨大的钢铁结构叫做“筷子”（Chopsticks）。

轨道发射塔上夹住上边星舰飞船的，就是“筷子”|SpaceX

不过，它的工作原理和筷子还是有一定区别。毕竟，直接用这么巨大的钢铁结构像夹菜一样夹住飞行中“薄皮大馅”的火箭，实在是充满了风险。

它的实际作用更像是一个巨大的吊车，可复用的火箭飞回来并逐渐减速悬停，塔架结构与火箭栅格舵末端结合锁定，从而吊起巨大的火箭。

回收模拟动画非常科幻|SpaceX

这种设计的好处显而易见：火箭不需要设计巨大沉重的着陆腿，火箭整体运输效率更高；火箭直接回收到发射塔架，无需经历转运、维护和再组装等过程，复用周期能极大缩短。

不过缺点也很明显，万一在回收过程中出现什么意外，整个发射塔架怕是要被炸没了。

发布会前，“筷子”吊起星舰飞船，完成了与超重推进器的合体组装，也算是小试了一把身手|NASASpaceflight

可以说，这是一个极具创新性的“天马行空”回收策略。期待“不断把大胆想法变为现实”的SpaceX，能够继续给我们带来惊喜。

新一代隔热瓦

星舰的目标是全箭回收，这意味着飞出大气层已经入轨的飞船本身也必须再入大气层并完整飞回地表，难度远超现有的仅回收火箭一级。

毕竟，火箭一级速度更慢、高度更低、回收过程不必经历剧烈的空气摩擦和产热。而从大气层外飞以轨道速度返回就是另外一番光景了，剧烈的空气冲击是所有航天器的噩梦。

航天飞机的隔热瓦，是航天飞机维护费用高昂的原因之一|NASA

此前最为成功的策略是同样可复用的航天飞机，它的核心在于遍布底部和关键部位的隔热瓦/毯。重量低、体积小却能隔绝上千摄氏度高温，也导致这种小小的瓦片价格极高且维护更换成本暴增。

正因如此，隔热瓦也是星舰研发中的核心技术。过去几年，SpaceX在这方面的研发取得了一系列突破性进展，NASA和美国空军也都给予了研发合同支持。

星舰飞船上使用的隔热瓦，形状更统一，方便批量生产和维护，从而将成本降到更低|SpaceX

在可以预见的将来，这些隔热瓦不仅SpaceX自用，也会应用到美国的其他航天器上。

何日入轨

眼下值得期待的就是星舰的首飞时间。

不过这可不是SpaceX研发进度说了算的，还需要等待联邦航空管理局（FAA）的全面环评。毕竟，这个近5000吨的庞然大物首飞可不是个小事件，它甚至远超了曾经3000吨级的土星五号登月火箭。

从发布会透露的信息来看，顺利的话今年3月就有可能获批，铺平年内入轨首飞测试之路。未来还会有位于肯尼迪航天中心的发射场，甚至还有海上发射场。

星舰全箭发射模拟动画|SpaceX

有了上述作为基础，这次发布会提出的一系列“夺人眼球”大新闻就不奇怪了，例如：

星舰整体成本甚至大幅低于猎鹰9号火箭，单次发射费用约为1000万美元；超重助推器能在发射后数分钟成功回收，并在1小时后再次发射；未来可实现3天生产一套星舰和超重助推器，且1天能发射3艘星舰。

目前来看，这些远景并不算“马式吹牛”。星舰已经获得了NASA的载人登月合同，这算是官方肯定。日本富豪前泽友作早已拍下了星舰的首次月球之旅，他也刚用一次国际空间站之旅证明了自己乘坐星舰的决心。

而前往火星，则是SpaceX既定的计划，并未动摇过。在发布会中，火星城市、火星航班、火星开发，是所有人预期中的内容了。

除此之外，拥有超强客运和货运能力的星舰，在能实现高频率发射和简易回收方式后，本身也将变成一种高效的地球上洲际运输方案。

或许，未来，我们的天空会频繁出现星舰的身影。它们中有的在前往另一个大洲，有的则在飞向另一个星球。

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作者：太空精酿

编辑：Steed

一个AI：星舰飞船真的是太久没炸了……

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