太空探索技術公司

在美國的民營商業空間公司中，成立于2002年6月的太空探索技術（SpaceX）公司率先提出了低成本商業發射模式，重點研制一款低成本、高可靠性的可回收運載火箭，在發射任務完成后能垂直地落回地面，重新加注燃料后可再次發射。據稱這種方式能將發射成本降低至傳統運載火箭的十分之一。

“獵鷹9號”火箭

SpaceX研制的第一款運載火箭是“獵鷹1號”。火箭的第一級采用Merlin火箭發動機，該發動機以航空煤油和液氧作為推進劑，推重比大且價格低廉；第二級為同樣使用航空煤油和液氧燃料的Keserel發動機。運載火箭的第一級在發射任務完成后可利用降落傘系統減速降至海面回收并重復使用，但在“獵鷹1號”的第一次發射中，Merlin火箭發動機因為發生火災而失敗。

隨后，SpaceX對設計進行了改進，就是現在研制的“獵鷹9號”運載火箭，其第一級采用9臺Merlin 1D火箭發動機（中間1臺、周邊均勻布置8臺），第二級采用1臺Merlin 1D發動機。在發射火箭時，第一級9臺Merlin 1D臺發動機能提供5850kN的推力。

“獵鷹9號”火箭所采用的是以動力反推力實現垂直下降的回收方案。第一級火箭在返回過程中，通過箭體上的液氮推進器來調整姿態，以應對氣動扭矩和旋轉的影響，防止箭體在下降過程中出現滾轉，同時，箭體的四周安裝了4個柵格翼，以增加火箭在回收著陸過程中的穩定性，控制火箭向地面平臺降落。“獵鷹9號”運載火箭的造價約為1600萬美元，而燃料只值20萬美元，如果能實現第一級火箭回收的常態化，就能大大降低發射成本。SpaceX公司稱，目前只是確保第一級火箭可以回收，但是在SpaceX的遠期計劃中，兩級火箭皆可被完全回收并重復使用。

這項技術的難點在于：首先，“獵鷹9號”火箭有14層樓高，爬升時的速度達1.6km/s，要讓火箭從高速直線上升轉為垂直下降，猶如在狂風中讓掃帚柄直立于手掌；其次，“獵鷹9號”需要在一艘“自主航天港無人駕駛駁船”（ASDS）上著降，而ASDS的寬度僅30m，這就要求有很高的著降精確度，加之在海上的ASDS是浮動的，火箭必須借助發動機系統保持下降時的平衡與穩定。

除了在運載火箭下降過程中要對火箭的姿態進行調整，如何利用發動機點火來控制下降速度則是另一項難點。在第一級與第二級火箭分離后，第一級通過重起火箭主發動機來實現制動減速，待運載火箭快要臨近海面時，再重起另一臺發動機，使火箭從最初的1300m/s的速度減到2m/s，配合帶有液壓減震器的4個著陸支架，使其最終降落精度在10m之內。

與“獵鷹1號”相比，“獵鷹9號”最大的不同是帶有4條鋼鋁結構的“腿”作為液壓減震器。這4條“腿”使火箭能抵御垂直降落時的巨大沖擊而不致嚴重損壞，而且火箭的頂端和外層全部采用超強度鋁鋰合金材料制成，且后蓋上有特制的隔熱板，以保護火箭在重返大氣層時免遭損壞，所以火箭在回收后只需稍加維修，便可重復使用。

試飛歷程

“獵鷹9號”經歷了多次飛行試驗，在2014年10月的試驗中，“獵鷹9號”火箭由發射臺點火后升空至744m，然后又垂直降落回發射臺，整個試驗過程持續78.8s，火箭的第一級降落地面后外觀保持完好。但是接下來在2015年1月6日，SpaceX公司原本計劃在美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發射“獵鷹9號”，但在倒計時進入1min時發射任務被緊急終止，公司稱原因是火箭的“二級推力矢量控制驅動器發生飄移”。2015年1月10日，SpaceX公司首次成功地從卡納維拉爾角航天發射場用“獵鷹9號”運載火箭將“龍”飛船送到太空，并在繞地球軌道運行兩周后安全濺落在太平洋預定海域，但這次的火箭海上回收再次以失敗告終，火箭在海上浮動的無人駕駛駁船上硬著陸并損毀。

“獵鷹9號”的第一次成功回收是在2015年12月21日，當火箭將11顆軌道通信衛星發射到低地球軌道后，第一級火箭返回并成功地向下垂直降落在預定的降落場上。這也是“獵鷹9號”的第20次太空飛行，此前都是直接墜入大海或爆炸損壞。但是在今年1月17日，SpaceX公司用“獵鷹9號”將Jason-3衛星發送到軌道后，試圖再次在太平洋上一艘修復后的駁船上降落時，因為運載火箭著陸架接地后傾斜翻倒，未能實現完美的回收。原因可能是由于發動機在減速控制上并不十分準確，加上海上風速較大，導致降落速度未能控制良好。

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