制作:中国科普
作品:中国科学院国家天文台郑永春
生产者:计算机网络信息中心
航天发展的瓶颈在于运载火箭。如何将大量重物送入太空一直是制约人类太空探索的一大难题。在大多数人的观念中，火箭应该是一次性产品。一旦点燃，它将飞上天空，并将宇宙飞船(卫星或宇宙飞船)送入预定轨道，从而完成火箭的任务。
然而，就在昨天，SpaceX成功回收了猎鹰9号火箭，这表明火箭再利用的时代即将到来。这个消息在朋友中迅速传播开来。
那么，SpaceX是如何实现火箭回收的？这对未来的空间格局会有什么影响？它能给中国航天工业带来什么启示？
在噪音的背后，我们需要冷静地逐一分析。
连战输了一系列的战斗，最后胜利了。
在猎鹰9号的第一级火箭成功回收之前，这是一系列的失败。
2015年1月10日，猎鹰9号在CRS-5发射任务中测试了火箭回收技术。第一级火箭发射后，它降落在大西洋一个驳船改装的着陆平台上。尽管火箭准确地击中了目标，但由于下降速度很快，它还是在甲板上爆炸了。
2月12日，“猎鹰9号”在为美国国家海洋与大气管理局发射深空气候观测卫星时，再次测试了火箭回收技术。当时，由于大浪，驳船被迫撤离。尽管火箭成功地软着陆在海面上，但最终还是掉进了水里。
4月14日，猎鹰9号在CRS-6发射任务中再次测试了火箭回收技术。尽管第一级火箭准确地落在驳船甲板上，但由于横向速度过大，火箭未能牢固地立在甲板上，导致倾覆和爆炸。
6月28日，“猎鹰9号”第三次尝试在海上回收火箭。但这一次更长。发射失败。火箭和运送货物到国际空间站的飞船都在高空解体了。
即使在输掉这场战斗后，SpaceX也开始闭门思考，仔细检查每一个环节并改进设计。他们改进了发动机和火箭之间的多级分离系统，并调整了燃料配方。
在此期间，另一家美国私人航天公司蓝色起源的新牧羊人火箭被回收。尽管新型谢帕德火箭只是一种探空火箭，但它只能在地球大气层的亚轨道上飞行，不能飞出地球大气层，也没有发射宇宙飞船的能力，只适合商业太空旅游体验。然而，相关的公众舆论给SpaceX带来了巨大的压力。
12月22日，闭关六个月后，圣诞节前，最重要的西方节日。SpaceX再次测试了火箭回收技术，最终成功了。
这是猎鹰9号的第20次飞行，也是设计升级后的第一次飞行。经过多次失败后，每个人终于可以安心回家过年了。
火箭成功发射并在起飞后1分13秒内前进到1马赫。
火箭在1分24秒内达到最大动压。
2分20秒，火箭第一级关闭；
2分24秒，火箭多级分离；
2分35秒，第二级火箭点火；
2分55秒，火箭整流罩分离；
大约4分钟后，第一级火箭返回飞行并点火。
大约8分钟后，第一级火箭再次点火，火箭再次进入地球大气层。
在9分40秒内，第一级火箭牢牢地站在发射场附近的着陆平台上，火箭成功地被回收。
可回收火箭的难度在哪里？
困难在于非常复杂的电子系统。电子系统是火箭的大脑。散布在火箭体上的各种传感器获取火箭飞行的各种参数，然后通过信息收集和计算，及时调整飞行计划。这个过程类似于大脑的思考和决策过程。通过各种控制部件，指令被执行。这个过程类似于大脑控制我们身体的各种运动器官。
猎鹰9号火箭的成功回收证明了该火箭的电子系统非常强大。
猎鹰9号的第一级火箭有九个引擎。当火箭发射时，九个引擎一起点火，利用巨大的推力将火箭从地球重力上抬起。在回收着陆期间，猎鹰9号关闭了六个引擎，只留下三个继续工作。此外，其余三个发动机的推力是精确可调的，以便使巨大的火箭在刚刚着陆时以几乎为零的速度平稳地降落在平台上。
猎鹰火箭要实现平稳着陆，成功回收，能调节火箭发动机的推力是成功的关键。为了实现发动机推力的可调，需要改变燃烧室和燃油泵的设计，实时调节发动机内部的温度和压力，调节燃油流量。这种大推力可调发动机不仅适用于火箭发射阶段，也适用于回收过程中的减速和反推力。对一个人来说，要赢得世界举重锦标赛，并且能够使用非常熟练的刺绣针，实际上是一件非常困难的事情。
一旦发动机推力可调，就可以实现火箭的定时定点入轨，相当于在火箭上安装加速器，实现与其他航天器的快速交会对接。
新一代运载火箭在哪里
随着航天运输需求的日益多样化，传统的运载火箭已经到了必须更换的阶段。目前，世界主要航天国家都致力于开发新一代运载火箭。他们将采用大量新技术和材料来实现降低成本、提高可能性和满足多样化需求的目标。
那么，新一代火箭到底是什么？
着眼于世界航天强国，俄罗斯正在开发安加拉系列火箭(安加拉)，这是一个全新的火箭家族，由俄罗斯联合火箭和航天公司开发。安加拉火箭通过多个捆绑式通用火箭模块，可以根据需要组合不同推力的火箭，火箭推力范围为2吨至75吨，可以满足不同运载重量的空间发射要求。在研发成功后，安加拉系列火箭将取代目前的胡晓和质子火箭，成为未来俄罗斯航天运输的主力军。2014年12月23日，“安加拉-A5”火箭在普列谢茨克发射成功。
美国正在开发的新一代重型运载火箭“空间发射系统”被称为人类历史上最强的运载火箭系统。这台巨型发动机有54米长，载重量超过130吨。它将在未来载人登陆火星和载人深空探测中发挥关键作用。2015年3月11日，“太空发射系统”进行了一次实验发射，整个过程非常成功。根据该计划，“太空发射系统”火箭的首次正式发射将于2017年进行。
欧洲致力于开发一种新的阿丽亚娜6号火箭(阿丽亚娜6号)，以取代现有的阿丽亚娜5号火箭。第一次发射计划在2020年。发射次数将在2021年增至4次，2023年增至11次。
在H-IIA运载火箭的成功率大大提高之后，日本正在开发新一代的H-X火箭。火箭的第一级和第二级将使用液态氢和液氧作为燃料火箭发动机，并开发固体燃料助推器。通过使用尖端技术，实现了空间运输的低成本和高可靠性。
与上述政府支持的重型运载火箭相比，SpaceX作为一家私营航天企业，成功地改变了航天工业的特点，大大降低了进入太空的成本，使太空越来越受欢迎。越来越多的普通人可以进入太空，这必然会对传统的航天工业造成破坏。
SpaceX的成功将如何影响航天工业
虽然火箭可以回收，但它们与汽车的不同之处在于它们可以加油。毕竟，这样一个巨大的物体已经经历了高速飞行和高温燃烧，有些部件不能再使用了。然而，成本可以大大降低。价值至少数百万到数千万美元的发动机不再是一次性的，可以回收利用。
猎鹰9号火箭的标准发射成本为5400万美元，而中国长征3B火箭的海外发射成本也超过6000万美元，因此，即使不回收，猎鹰9号也已成为世界上最便宜的发射工具。
这一次，猎鹰9号的成功回收让许多外行感叹廉价太空时代即将到来。
我记得不久前，当猎鹰火箭多次失败时，航天工业的一些人嘲笑马斯克，说太空需要积累，不是每个人都能做到的。现在，猎鹰9号的成功回收是对这些嘲弄的最好回应。
SpaceX的成功不仅在于其先进的技术，还在于其不同于传统航天工业的商业运营模式。传统的航天工业往往采用研发模式。每一枚火箭都需要设计、生产、测试等。它不仅复杂，而且大大增加了生产周期和生产成本，浪费了大量的人力和物力。此外，每种设计都有新的风险，导致不稳定的可靠性。
SpaceX采用了商业开发模式，其所有软件和硬件都在其控制范围内，没有外包。因此，制造火箭和宇宙飞船就像制造洗衣机和冰箱一样，整个过程质量可控。他们率先在太空领域实践流水线生产模式。一旦他们成功了，他们就能一次又一次地成功。通过大规模生产，他们可以大大降低生产成本。虽然会有一定的失败率和次品率，但不存在再开发的风险。
SpaceX作为一家私营航天企业，非常重视成本和质量控制。由于采用商业模式，许多产品将尽可能分批生产和购买，并尽可能回收利用。以前的每一次失败实际上都与技术测试和方案的改进有关。这不是我们想象的烧钱。
另一方面，传统的航天工业总是给人一种神秘的感觉。虽然它有很高的声望，但它仍然面临许多制度和机制问题，阻碍了技术创新。由于缺乏外部竞争，问题逐渐积累，改革非常困难。这也是美国政府不遗余力支持私人太空飞行的原因之一。他们必须支持竞争对手，让外部压力增加，然后才能触及僵化的内部利益格局。
独立自主、自力更生的中国航天工业一直是我们的骄傲，但这种骄傲更多地局限于国家领土。航天发展对促进国民经济仍有巨大潜力。中国的高铁和核电已经走出国门，成为中国面向世界的名片。用中国人的智慧去赚世界的钱。目前，中国航天工业还有很长的路要走。在一定程度上，航天必须向高铁和核电学习。只有大进步，大进步，全面开放和竞争，经历市场风暴的洗礼，才能成长为一棵参天大树。
由乔布斯独自开发并在他领导下的智能手机已经将手机从一个简单的通讯工具转变为一台微型电脑，成为一个个人生活和娱乐中心，甚至颠覆了传统手机行业的模式。马斯克和他领导的可回收火箭远未对航天工业产生影响，也可能改变整个航天工业的发展模式。这一点需要中国航天业给予足够的重视。