马斯克的火箭回收技术是简单还是复杂？ _生活知道

在上一篇文章《马斯克的火箭回收到底有没有价值》中，通过成本分析的角度来探讨了火箭回收是有价值的，可以大大降低发射成本。那么火箭回收的技术是简单还是复杂呢，关于这一点，网上众说纷纭，有说简单的，觉得我们国家空间站都有了，探测器都实现登月并能返回地球，一个简单的火箭回收有多难呢，表现的很不屑，如果中国想做也是分分钟的事情。也有说非常复杂的，理由是如果简单为什么只有马斯克的公司实现了，其他家没有实现。这篇文章通过技术分析的角度来探讨一下火箭回收究竟是简单还是复杂。
在马斯克之前也有其他公司尝试过火箭回收，比如麦道公司，俄罗斯也尝试过一些，都没有实现最终的商业化。美国的航天飞机算是实现可回收的典范，但是航天飞机回收后的发射并不省钱，原因是航天飞机发射时的助推火箭也是一次性的，而且航天飞机回收后的翻新和检修非常花钱，再就是有两架航天飞机爆炸，导致14名宇航员遇难。航天界对航天飞机这种可回收模式产生了质疑，觉得航天为了可靠性和安全性就应该是一次性的，这也导致了后续大家不再对回收感兴趣。
直到推崇第一性原理的马斯克出现，这位老兄不信邪，他通过计算认为火箭发射的燃料只占总成本的1%不到，把那么昂贵的火箭当一次性消费品扔掉实在太可惜了。于是他就开始了轰轰烈烈的火箭回收事业。刚开始，全世界航天界都不看好，美国航天界更是冷嘲热讽，但是都挡不住老马的实干作风，愣是把没谱的事情做成了，给全世界嘲笑他的人脸上狠狠的抽了几个耳光。到现在马斯克的火箭发射成本低到令人发指的地步，统统碾压世界同行。
马斯克的Space X 公司在摸索火箭回收技术上也是非常有章法，一开始拿绰号为蚱蜢的火箭练手。我们回顾一下Spcae X公司摸索火箭回收的全过程。
2012年9月21日，蚱蜢运载火箭研制机点火成功。最大飞行高度为1.8米，点火时间为3秒钟。这是迈出的第一步。2012年11月1日，蚱蜢第2次试验，最大飞行高度5.4米，点火时间8秒。2012年12月17日，蚱蜢第3次试验，最大飞行高度40.1米，点火时间为29秒。2013年3月7日，蚱蜢第4次试验，实现软着陆，最大飞行高度80米，点火时间为34秒2013年4月17日，蚱蜢第5次试验，测试抵抗侧风的能力。
第5次试验，最大飞行高度250米，持续飞行时间为58秒。2013年6月14日，蚱蜢第6次试验，飞行高度325米，飞行时间68秒，新的导航制导控制算法上线。2013年8月13日，蚱蜢第7次试验，飞行高度250米，首次横向移动，横移100米，飞行时间60秒。
2013年10月7日，第8次试验，飞行高度744米，持续时间79秒，结束制导控制算法测试。这一天，蚱蜢火箭退役。
从2012年9月21日至2013年10月7日，总共8次试验，Space X用一年时间完成可回收火箭试验的第一步。仅仅达到了飞行高度为744米，飞行时间为79秒的试验。接下来他们将用真实的火箭继续回收试验。因为“猎鹰-9”火箭第一级分离时，速度高达10马赫，高度在45千米以上，还面临严重的推进剂不沉底、气动载荷、姿态失控、高空横风等问题，这些是“蚱蜢”在火箭无法验证的。
2014年4月18日，SpaceX在利用“猎鹰-9”运载火箭和“龙”飞船执行国际空间站货运补给任务过程中成功实施了火箭第一级“软着陆”试验。着陆试验失败。2014年7月14日，SpaceX利用“猎鹰-9”火箭成功将6颗通信卫星发送至低地球轨道，同时还利用此次发射测试回收程序。2015年1月10日，SpaceX成功向国际空间站发射了“龙”飞船，但“猎鹰-9”运载火箭第一级海上回收尝试以失败告终。2015年12月21日，“猎鹰-9”运载火箭搭载11颗通信卫星，从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空，10分钟后，第一级火箭成功着陆地面平台，首次实现安全回收。这成为航天领域具有里程碑意义的重大事件，标志着可重复使用火箭技术迈出了一大步。鉴于此前两次一级火箭回收试验失败，火箭或直接坠入大海或因硬着陆而爆炸损坏，SpaceX这一次使用了升级版火箭，并将着陆点从海洋转移到陆地，从而获得了成功。
2015年12月21日“猎鹰-9”火箭终于取得着陆成功，人类自1945年就开始心心念念的可重复使用运载火箭技术，终于有了喜人的成果。实属不易啊。从2012年9月21日开始探索到2015年12月21日， 3年探索时间终于取得成功。虽说这已是站在前人的肩膀上去探索，但是要掌握可回收火箭技术仍然是非常困难的。需要进行大量的测试，耗费大量的时间。
那么火箭回收为什么那么困难呢。运载火箭回收试验有两大难点：一是让火箭第一级在分离后垂直下降，其难度就像在暴风雨中让一根扫帚平稳地直立在手掌上。猎鹰-9号火箭高度为70m，直径为3.7m 。如果每层楼高为3米，那就是23层楼那么高，如果把这么高的物体从45公里的高空坠落后稳稳地降落在地面上，而且还屹立不倒，这难度也是不一般；二是精准降落在只有足球场大小的浮动平台上极其困难，其着陆精度要求在10米以内。因此，回收火箭首先要解决火箭着陆精度问题，要能够回收到预定地点。其次，火箭要以垂直的姿态降落，必须解决姿态控制问题，而越是竖长的物体，就越难以控制。此外，还要解决减速问题，必须是软着陆，又不用降落?。?所以只能用反向推力装置。而且，回收的过程是一个变速过程，变速的过程就要求火箭具有推力深度调节能力，在回收过程中要通过火箭发动机在推力和方向上不断地调节和调整来进行精确控制，这对燃烧室、涡轮泵、阀门等各组件要求很高。此外，还需要解决大长径比的发动机垂直降落的姿态控制、支撑结构设计等一系列难题。
火箭的重复使用对于发动机核心部件的性能和寿命提出了更高的要求。当前火箭发动机的设计寿命、试车时间都是以秒为单位计算的。对于一次性使用的火箭来说，保证材料和相关设计在短时间内能撑得住是一个问题，确保长时间使用又是另外一个问题。美国航天飞机的主发动机的燃烧室压强高达207个大气压，燃烧室的工作温度约为3300℃（目前最先进的涡扇发动机涡轮温度不到1700℃），其中一个小小的涡轮泵的功率就是目前最先进主战坦克发动机功率的数十倍。让这样的发动机顺利工作一次就已经非常困难，而要重复使用多次，那么对材料和工艺的要求必须要上一个巨大的台阶。这也是许多航天企业宁可一次性发射后报废，也不进行回收的原因，技术太复杂，工作环境太苛刻，无法保证在长时间重复使用后会不会出问题，为了可靠性考虑只好选择一次性使用。
从以上分析，笔者觉得火箭回收并没有那么简单，首先火箭回收的技术是极其复杂的，涉及姿态控制，涉及推力调节，涉及支撑结构，需要大量的试验才可以掌握；其次，重复使用对火箭核心部件要求更高，对设计寿命提出更高的要求。当然火箭回收并不是马斯克的SpaceX这一种方式，相信还有其他的方式可以实现。
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马斯克的火箭回收技术是简单还是复杂？

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