项庄舞剑——“醉翁之意不在酒”的一子级回收复用技术
行文至此,有一个结论已经跃然纸上:SpaceX的“猎鹰9”火箭,是一款使用货架产品+成熟技术,并且大胆运用新材料、新工艺,性能较好、成本控制非常成功的“经济适用性”火箭。但是SpaceX在2015年最吸引眼球的地方,并不是“猎鹰9”的技术成熟与价格低廉,而是它的一子级回收复用试验。虽然多次试射磕磕碰碰,只有一次陆上回收取得了成功,但是“猎鹰9”回收型所采用的主发动机减速+垂直回收模式无疑是开创性的,埃隆·马斯克更是频频放话,要凭借这个技术实现航天发射的“白菜化”,把单位质量发射成本降低1/20,震惊世界。对此,外界褒贬不一,心悦诚服、深信不疑者有之,半信半疑、谨慎观望者有之,更有人嗤之以鼻、认为这纯属嘴炮牛皮……那么,“猎鹰9”的一子级回收复用,真的能兑现埃隆·马斯克的豪言、颠覆国际航天发射市场的格局?或者,这根本就是“项庄舞剑,意在沛公”?


“猎鹰9”火箭一子级回收现场照片(到目前仅有的一次成功)。而马斯克则宣布,这枚子级不会复用……
根据目前披露的技术细节和相关数据,我认为,SpaceX并不是把“猎鹰9”的一子级回收复用当作忽悠,但是,也未必真的寄希望于大幅度降低发射成本,他们另有深远考虑。
第一,主发动机减速+垂直回收,符合“猎鹰9”的技术特点。它的一子级发动机单台推力适中,以节流降推力模式运行、正好可以给一子级减速、缓冲,辅以气动格栅翼+RCS+着陆支架,垂直回收是一个很合理的技术选择,在技术上没问题。以埃隆·马斯克本人追求挑战的个性、以SpaceX技术团队的锐意进取,他们一定非常喜欢这个具有开创性的好主意,哪怕仅仅是技术积累的角度,这件事情也值得做。


既不先进,也不强劲的9枚引擎,并联推动了一枚很不错的火箭
第二,“猎鹰9”一子级回收复用,在降低成本方面是否有巨大收益,高度存疑。要回收复用一子级,在一、二子级分离的时候,一子级必须保留相当数量的燃料,初步估算大约10%或者略少,这等于增加了很大的死重(数十吨),再加上用于姿态控制而额外增加的子系统、着陆支架,一子级的干质量也会有明显增加。”猎鹰9“本来靠减重实现了还算不错的运载系数,这些增加的重量不仅吃掉了减重的成果、更是增加了大量一子级死重,必然导致酬载减少。粗略估计,LEO酬载有可能减少10%,也就是说,回收复用一子级、至少要节约540万美元,经济上才能收支平衡。
按照SpaceX自己公布的数据,“猎鹰9”一子级的制造成本大约1500万美元,复用一子级、必然要大修,真的能够节约540万美元?梅林发动机不是什么高端货,九台发动机大修后复用,能省下多少钱?“猎鹰9”的箭体本来就榨干了材料的潜力,回收后的箭体经历了低温、高温、震动和冲击的考验,出现材料疲劳和结构损坏的可能性很大,到底还能有多大的剩余价值?航天运载工具的回收复用是多年来全世界航天人的梦想,NASA的航天飞机早就做到了高价值部件回收复用,但是经济性却被证明纯属呵呵呵~还不如一次性使用的运载火箭呐!


理想丰满但现实骨干的典型——航天飞机项目。其重复使用对经济性的意义,被证明只能用“呵呵”二字来形容