继“二手火箭”, SpaceX成功发射“二手飞船”再次延展了我们的航天梦|潮科技

作者| 石筱玉

编辑| 傅博

这几天，SpaceX的“龙”飞船正与国际空间站一起飞行在轨道中。它的这次飞行为国际空间站带去了约2.7吨的货物，包括日常补给、硬件设备以及科研器材。

其中，“龙”飞船还搭载了北京理工大学邓玉林教授团队设计的“空间环境致生物微进化规律实验载荷”相关设备，用于研究空间辐射及微重力环境对抗体编码基因的突变影响。

不过，这次飞行的重大意义在于，执行任务的“龙”飞船并不是第一次翱翔于外太空。

早在2014年9月，这艘“龙”飞船就已前往国际空间站执行任务，并在34天后成功返回地球。SpaceX这一次对其加压舱中的一些部件进行翻修和更换，同时替换了非加压舱部分。

最终，在当地时间6月3日，“龙”飞船搭载SpaceX“猎鹰9号”火箭升空，预计将于一个月后的7月3日返回加利福尼亚旁的太平洋海域。

从“二手火箭”到“二手飞船”

关注航天界动态的人对SpaceX的“猎鹰9号”火箭一定不陌生。

“猎鹰9号”两级火箭一贯被SpaceX用来搭载各类卫星及“龙”飞船。其“履历”十分精彩：

2012年，猎鹰9将“龙”飞船第一次送入国际空间站轨道，让SpaceX成为了第一个进入国际空间站的商业公司。

更重要的是，2017年3月31日，经过回收的“猎鹰9号”火箭在肯尼迪航天中心再次升空，在人类历史上首次成功实现了回收火箭的二次利用。

当地时间今年3月30日，“猎鹰9号”火箭成功降落在太平洋海域，标志着SpaceX回收一级火箭的计划成功。

SpaceX的对航天设备的重复使用计划分为三步：

第一步从今年3月就已经实现，即回收“猎鹰9号”一级火箭。

而本次“龙”飞船的重复使用标志着第二步的成功。

第三步则会在今年晚些时候逐渐开启：此前SpaceX CEO马斯克曾表示，猎鹰重型火箭今年晚些时候首飞时，SpaceX将尝试回收二级火箭。

此前SpaceX利用为国际空间站运送补给时，“龙”飞船一般直接在大气层中焚毁，这对于SpaceX这样的商业航天公司来说是极大的浪费。

不仅是经济成本，航天器回收也能够极大减少再次使用时人力、物力的投入，因此成为了近几年来各国及商业公司们的研究方向。

与此前重复利用“猎鹰9号”时不同，据SpaceX官方表示，“龙”飞船的翻修工作要简单得多。工程师们只是将飞船的电池、防热盾等在回收中受到海水侵蚀的部分进行更换；飞船的大部分，例如船体外壳、推进器等依旧是原装的。

既然提到了火箭的重复利用，肯定有人会疑惑此次使用的“猎鹰9号”是不是也曾有服役历史——可惜并不是。不过，SpaceX成功回收了此次发射的一级火箭。而这已经是SpaceX第11次成功回收“猎鹰9号”一级火箭。

为什么飞行器的回收利用这么晚才来到？

实际上，SpaceX并不是唯一一个试图攻克太空飞行器回收难题的商业公司。

譬如，亚马逊总裁Jeff Bezos创立的Blue Origin航天公司中的New Shepard亚轨道火箭系统就早于SpaceX实现重复利用，且已经完成了4次重复利用计划，不过，每次的升空距离为100千米左右，只是刚刚越过“太空”的边界线。

此外，维珍银河的SpaceShipTwo近日也在逐步对亚轨道飞行进行测试，目的是重复使用航天飞行器以开展太空旅游业务。

Blue Origin的亚轨道火箭系统New Shepard已有过四次飞行经历。

 值得注意的是，SpaceX的航天目标超越了以上两个公司的亚轨道，而是着眼于地球静止轨道。Escape Dynamics航天公司总裁Laetitia Garriott表示，两者的区别在于：

“亚轨道飞行是一个直上直下的过程……尽管这也有很大的难度，但是航天器在受地球引力影响下落前的最高高度时，其速度为0（与此同时地球静止轨道的飞行器要和地球保持同转速）。因此，亚轨道回收的技术难度远小于地球静止轨道。”

从她的这个解释中，我们基本可以简单地认为此前航天飞行器回收的难以实现是由于技术难题，不过航天飞行器回收计划的发展其实也受到了政治因素的影响。

“可重复使用的太空飞机”这个理念在二战之前早已成型，还带来了美国空军1958年Dyna-Soar双翼太空飞机等设计。

不过，在1963年，紧接着到来的冷战和“星球大战计划”让“太空飞机”的发展暂时搁置了—— 由于研发周期长，航天器的重复使用并不是那个年代科研的重点。在那个时期，美国人更加关注的是“如何登上月球”和“如何在军备竞赛中赢过（前）苏联”。

 阿波罗计划后，美国国家航空航天局（NASA）很快又重回了“双翼太空飞机”的开发轨道，并制造出了大家所熟知的一系列航天飞机（space shuttles）。

而NASA的五架航天飞机平均每架服役近30次，其中2011年退役的“发现号”成功飞行39次，在太空中的时间加起来几乎达到一年。

2011年退役的“发现号”航天飞机。

但是，对于NASA以及整个航空界，“航天飞机能否重复利用”这个难题却跟着航天航空事业的发展一直延续到了今天。

由于技术还不完善，每一次重复使用的航天设备必须经过细致的翻修和重组。曾任NASA首席历史学家的Roger D. Launius就表示：

“如果你能够重复使用上一次航天设备的一部分，下一次升空时就能够省下一部分钱。但是如果每一次飞行都需要将已有的飞行器完全拆解并翻修，那其实还不如重新造一个。”

展望未来：飞行器回收意义何在？

目前，航天飞行器的回收仅仅迈出了第一步。正如Launius所阐述的那样，现在的现实与通过回收飞行器而降低太空飞行成本的理想依旧相距很远。

与此同时，航天企业也对如何节省飞行成本有一些不同的设想。

United Launch Alliance（ULA），一个波音公司与洛克希德-马丁合作的火箭公司，正在研究怎样在飞船进入轨道后将飞行器引擎等核心部件进行回收。

他们的设想是在半空中将引擎分离，打开降落伞让其下落。在引擎落地前出动飞机将其巡回。ULA设想的另一个计划是让某一航天器一直在轨飞行，其间不断接受后续飞船带来的燃料和技术改造。

ULA表示，回收将会降低火箭助推器成本的90%。

在法国，空客公司正在研究如何在Ariane 6火箭引擎上装上小型航空引擎，以让引擎自己飞回附近的某个机场。中国航天局也在尝试使用多个降落伞进行“长征”系列火箭的多级回收。

无论是更多的商业公司争取进入航天领域的现状，还是航天公司为了降低成本而研发的航天设备回收策略，这些事例都说明越来越多的参与者期望在这个逐渐成型的航天市场中分到一杯羹。

据2016年美国航天基金会（Space Foundation）发布的《航天报告》显示，2015年全球航天经济总量高达3353亿美元，其中76%的份额为商业航天领域。在本月下旬将会发布的新一年度报告中，这个数字将会有更大的增长。

SpaceX和NASA、国际空间站的合作已经为商业航天公司和政府合作指出了一条明路；

此外，SpaceX和铱星等公司合作，发射卫星的行为也给航天商业化画上了浓墨重彩的一笔；更不用提主流航天公司都制定好的“太空旅行”计划，争取让普通民众都能负担起上太空观光的价格。

尽管航天设备回收的实践来得很迟，目前各大商业航空公司的进展还是能够让我们感到不少宽慰。按目前的发展势头，我们很快就能看到商业公司就能为政府的航天项目进行激烈竞标；普通民众的廉价航天梦应该也不远了。