可重复使用运载火箭有那些？2020年可重复使用的火箭成为主流

据外媒报道，可重复使用火箭的概念终于在2020年成为主流。随着时间的进展，SpaceX的发射客户显然已经对使用过的，或者说 "经过飞行验证 "的猎鹰9号火箭第一级进行飞行变得更加有信心。其中一家商业客户Sirius在12月用猎鹰9号助推器的第七次飞行中发射了其XM-7卫星。

此外，上个月，美国国家侦察局在猎鹰9号第一级的第五次飞行中发射了其NROL-108任务，这是第一个用可重复使用的助推器飞行的国家安全有效载荷。

美国宇航局(NASA)也同意，未来前往国际空间站的乘员任务--从2021年春季的Crew-2太空飞行开始，将使用可重复使用的猎鹰9号火箭执行任务。而美国太空军表示，未来也将用二手助推器发射其GPS III卫星。这些都是美国价值最高的任务之一。

另一个重要步骤是美国第二家发射公司Rocket Lab开始展示火箭再利用。该公司在整个2020年都在试验如何在重返地球大气层时保护其Electron第一级的返回。然后，它在11月首次回收了助推器。

“当我们回顾2020年时，我们会说今年是一个分水岭，”航空航天公司发射和企业运营副总裁Randy Kendall在接受采访时说。“商业、民用和国家安全任务都已经发出信号，打算用之前飞过的火箭飞行他们最珍贵的有效载荷。”

NASA在可重复使用的空间飞行方面的开创性工作值得称赞。航天飞机是世界上第一个部分可重复使用的发射系统，其轨道器和固体火箭助推器在经过重大翻新后能够进行多次飞行。但它并不便宜--对航天飞机在该计划生命周期内的最佳独立估计是每次发射的成本约为15亿美元。

20世纪90年代，NASA资助了“三角洲快艇”(Delta Clipper)计划，以测试垂直起飞和垂直降落。最终，它将从新墨西哥州的白沙导弹靶场发射可重复使用的DC-X飞行器12次，最大高度达到3公里。该计划在1996年发生事故后，由于缺乏资金而被取消。

凭借猎鹰9号火箭，SpaceX发扬了火箭垂直发射和降落的概念。而从航天飞机上，SpaceX了解到，仅仅制造一个可重复使用的火箭是不够的。运载火箭还必须是可以快速重复使用的，而且成本要低。SpaceX正在实现这一目标，因为它已经将使用猎鹰9号核心的周转时间缩短到了两个月以内。而虽然猎鹰9号比航天飞机更小，能力更差，但其每次任务成本大大低于5000万美元，即航天飞机飞行成本的3%。

“在这个行业工作了一段时间的人一直在关注这个问题，并希望一段时间内它会发生，然后突然间你有一个临界点，”Kendall说。“毫无疑问，物理学可以被征服，这是一个能否征服经济学的问题。在未来，我认为大多数公司都会有一些元素重用。我所接触的每个人都在考虑这个问题。欧洲人、中国人和俄罗斯人在未来十年内都有重用的计划。”

自2015年12月SpaceX公司成功回收猎鹰9号火箭助推器以来，至今已有5年时间。自那时以来，该公司又返回了大约70枚火箭，并49次重新飞行助推器。同期，SpaceX的主要竞争对手联合发射联盟(United Launch Alliance)已经飞行了26次其一次性Atlas V火箭。

“我们试飞的助推器比Atlas V过去五年里飞行总数还要多。”SpaceX公司总裁兼首席运营官格温恩-肖特维尔说。随着回收的猎鹰9号 第一级频繁飞行，并以100%的成功率完成了主要任务，SpaceX的客户及其保险公司对该火箭产生了信心。

“我们正在证明我们演示的东西，”肖特维尔说。“在商业方面，保险界对此做出了适当的回应。并没有因为飞行证明而需要支付保费。我记得做第一次简报时，对保险公司说：'听着，你们会希望人们使用经过飞行证明的火箭。你们会发现，当你已经使用那枚回收火箭时，发射会更容易。你你可以在第一次飞行中解决问题。”

通过投资再利用，SpaceX不仅能够大幅降低每次发射的成本，还在其位于加州霍桑的主工厂腾出了大量的工厂空间，因为它不再需要为每次飞行制造9个新的梅林发动机和助推器。

“这很好，猎鹰9号不必在一年内达到40个核心，因为我们正试图弄清楚工厂的布局来做到这一点，”肖特维尔说。“而助推器生产显然需要大量的空间。不用在一年内制造40个助推器对公司灵活处理和做其他项目的工作的能力是非常有帮助的，这一点毫无疑问。我们把一些猎鹰火箭团队员工转移到了龙飞船项目上。当然，我们也会把一些猎鹰和龙飞船项目的人调到星际飞船项目中。”

Rocket Lab也在寻求通过重复使用来提高生产能力。Rocket Lab联合创始人彼得-贝克说，通过重复使用一次助推器，公司可以将生产能力提高一倍，以满足客户需求。

贝克说，他最初对重复使用持怀疑态度，尤其是对小型轨道火箭。当Rocket Lab在近十年前首次开始研发Electron火箭时，SpaceX还没有成功回收猎鹰9号火箭。事实上，当SpaceX制造其第一枚火箭时，体积更小的猎鹰1号就曾被尝试重新使用。但SpaceX从未接近成功地将完整的猎鹰1号火箭助推器从海洋中打捞出来。

直到2017年和2018年，随着Electron开始飞行，贝克研究了飞行数据，他才开始相信他的火箭可以安全地带回地球。现在，在完成了一些初步测试并计划在2021年进行更多的回收之后，贝克已经成为了一个皈依者。

“如果Rocket Lab建造了一个新的助推器，从根本上说，它将从第一天开始就可以重复使用，”他说。“当我看到现在正在开发的新助推器不能重复使用时，我真的很惊讶。”

关键词： 可重复使用运载火箭