馬斯克的“二手火箭”能讓去往太空的船票降價多少？

如今，飛行已經成為許多人生活的一部分。隨著民航業的不斷發展，機票價格也逐步降低到了普羅大眾可以承受的水平。如果你乘坐一架波音737飛機從北京飛往廣州，當旅程結束后，飛機在廣州機場一般加油停留幾個小時就會繼續執行下一班航班。試想，如果一架飛機的使用壽命并非10到20年，而是只能一次性的使用一個航程，那么機票的價格將比現在提高成百上千倍。因為乘客不但要承擔一次飛行中的燃油、維護、人工等費用，還要為整架用大量優質材料和精密器件打造的飛機買單。

目前，太空發射是一件花費異常昂貴的活動。美國的Delta-4火箭每次的發射成本在4億美元左右，而俄羅斯賣給美國的聯盟號飛船“船票”，每張的價格也已經飆升到八千多萬美元。造成價格居高不下的原因是目前主流的運載火箭和飛船，幾乎都是不可重用的一次性產品。當長征2F火箭將神舟飛船送入太空時，火箭的各個部分在工作結束后便被拋棄脫離，或墜落到地面，或在太空中漂浮成為太空垃圾。神舟飛船的推進艙與軌道艙，在飛行結束后就漂浮在太空中直至墜入大氣層，搭載宇航員的返回艙在返回地面后也不能二次使用。

（龐大的長征火箭和精密的神舟飛船，在任務完成后只有返回艙回到地面，而且還不能重用）

埃隆·馬斯克領導的Space X公司正在力圖改變這一現狀。3月31日，SpaceX研發的獵鷹9號火箭將SES-10通信衛星送入太空，并成功回收了第一級火箭。與以往的發射不同，這次發射使用的一級火箭是一枚“二手火箭”。去年4月，這枚一級火箭曾經成功執行了發射龍飛船為國際空間站提供補給的任務。經過近一年的檢測和維護后，它再次成功發射，實現了獵鷹9號火箭的首次重復利用飛行。

獵鷹9號是一種兩級火箭，曾經有1.0和1.1兩個版本，目前正在使用的是在1.1版本的基礎上改良而成的全推力版。全推力版解決了1.0和1.1兩個版本中出現的問題，還增加了在未來發射天龍號載人飛船的能力。其高度為70米，起飛重量為549噸，近地軌道運載能力為22.8噸，地球同步轉移軌道運載能力為8.3噸。獵鷹9號全推力版本的運載能力與我國新一代重載火箭長征五號基本接近但有所遜色。

（獵鷹9號火箭發射瞬間）

人類的第一種可重復利用航天器并非獵鷹9號，而是美國在上世紀80年代到本世紀初使用的航天飛機。除了在發射過程中為航天飛機提供燃料的燃料箱不能重用外，航天飛機的兩枚固體助推器和搭載宇航員的軌道器都能夠多次使用。設計人員希望將航天飛機單次飛行的成本控制在數百萬美元之內。然而，航天飛機30多年的實際使用卻沒能實現設計者們的構想。這個復雜的飛行器在完成一次飛行后，需要耗費幾千個工時對需要重復使用的部件進行檢查、維修和翻新，確保其在下一次發射中的可靠性。原來計劃能夠使用好幾十次的發動機，實際上使用幾次后就不得不進行更換。在航天飛機退役前，一次發射的成本已經達到了5億美元。

（除了褐色的燃料箱不能重用外，航天飛機的其他部分都可以重復利用，但成本過于高昂）

對于SpaceX來說，同樣的挑戰依然存在。相比于一次性火箭，實現火箭的可回收功能需要添加額外的部件。這些部件本身不但增加了成本，還占用了火箭的起飛重量，減少了火箭能夠發射的有效載荷的重量。在獵鷹9號研發初期，Space X本來計劃在獵鷹9號的一級、二級火箭上都實現可回收功能，但最終因為成本上得不償失，最后放棄了回收二級火箭的功能。同時，當火箭經過一次飛行后，發動機會經歷高溫氣體的灼燒，火箭本體也會受到高空中的風切變損害，火箭需要一系列的檢修才能保證在下一次飛行中不出現問題。

為了應對這些挑戰，埃隆·馬斯克領導的團隊在設計制造獵鷹9號火箭的過程中，始終把控制成本和提高可靠性作為最重要的問題。運載火箭的核心是發動機，傳統的火箭一般在不同的部分使用不同的發動機。如我國的長征五號在一子級使用是YF-77型發動機，在助推器使用的是YF-100型發動機。這樣固然能夠根據不同部分的需要靈活配置推力、比沖等特性，但也增加了發動機的研制成本和系統的復雜程度。獵鷹9號則另辟蹊徑，在一二級上都采用了Merlin發動機，一級上配置9臺，二級上配置1臺。這種發動機通過了嚴酷的測試，SpaceX的工程師們甚至在發動機工作過程中將不銹鋼的螺帽置入液氧和液氫的管道中。對于現役的大部分發動機，這樣的測試足以讓發動機停機，但Merlin卻能堅持下去。火箭上的控制設備采用了三套系統冗余備份的設計，當正在工作的系統出現故障時，備份系統可以即刻接管火箭。火箭上的計算機，在系統遭受嚴重破壞的情況下仍然能夠給出正常的指令。在特定情況下，一級火箭上九臺發動機中有兩臺因為故障停機時，火箭還可以正常飛行。

(Merlin-1D發動機正在進行測試)

在這樣的努力下，獵鷹9號在可重用技術尚未成熟時，其單次發射6200萬美元的報價就已經比同等推力的火箭發射報價低出不少。當這一代獵鷹9號可回收技術成熟后，每枚一級火箭可以實現十多次的重用，發射費用可以比現在再降低百分之30左右。即便這樣，這仍然是一個昂貴的價格。但是，SpaceX不會止步于獵鷹9號的技術。未來，他們將進一步進行火箭可重復利用技術的研發，火箭能在一次發射后的幾小時內就投入下一次的發射。在量級上，這樣的準備時間已經和目前民航客機降落后再次起飛的準備時間相當。火箭的發射費用將比現在降低1-2個量級，每次發射的費用將降低到幾百萬美元左右。除了獵鷹9號，目前Space X還在研發獵鷹重型火箭（Falcon Heavy）。這種近地軌道運載能力高達64噸（相當于長征五號2.5倍）的太空巨輪同樣可以使用獵鷹9號上已經研發成功的回收技術，用以回收一級火箭和助推器。獵鷹重型的主要目標是發射能夠前往火星的飛船，實現馬斯克移民火星的最終夢想。