马斯克的“二手火箭”能让去往太空的船票降价多少？

如今，飞行已经成为许多人生活的一部分。随着民航业的不断发展，机票价格也逐步降低到了普罗大众可以承受的水平。如果你乘坐一架波音737飞机从北京飞往广州，当旅程结束后，飞机在广州机场一般加油停留几个小时就会继续执行下一班航班。试想，如果一架飞机的使用寿命并非10到20年，而是只能一次性的使用一个航程，那么机票的价格将比现在提高成百上千倍。因为乘客不但要承担一次飞行中的燃油、维护、人工等费用，还要为整架用大量优质材料和精密器件打造的飞机买单。

目前，太空发射是一件花费异常昂贵的活动。美国的Delta-4火箭每次的发射成本在4亿美元左右，而俄罗斯卖给美国的联盟号飞船“船票”，每张的价格也已经飙升到八千多万美元。造成价格居高不下的原因是目前主流的运载火箭和飞船，几乎都是不可重用的一次性产品。当长征2F火箭将神舟飞船送入太空时，火箭的各个部分在工作结束后便被抛弃脱离，或坠落到地面，或在太空中漂浮成为太空垃圾。神舟飞船的推进舱与轨道舱，在飞行结束后就漂浮在太空中直至坠入大气层，搭载宇航员的返回舱在返回地面后也不能二次使用。

（庞大的长征火箭和精密的神舟飞船，在任务完成后只有返回舱回到地面，而且还不能重用）

埃隆·马斯克领导的Space X公司正在力图改变这一现状。3月31日，SpaceX研发的猎鹰9号火箭将SES-10通信卫星送入太空，并成功回收了第一级火箭。与以往的发射不同，这次发射使用的一级火箭是一枚“二手火箭”。去年4月，这枚一级火箭曾经成功执行了发射龙飞船为国际空间站提供补给的任务。经过近一年的检测和维护后，它再次成功发射，实现了猎鹰9号火箭的首次重复利用飞行。

猎鹰9号是一种两级火箭，曾经有1.0和1.1两个版本，目前正在使用的是在1.1版本的基础上改良而成的全推力版。全推力版解决了1.0和1.1两个版本中出现的问题，还增加了在未来发射天龙号载人飞船的能力。其高度为70米，起飞重量为549吨，近地轨道运载能力为22.8吨，地球同步转移轨道运载能力为8.3吨。猎鹰9号全推力版本的运载能力与我国新一代重载火箭长征五号基本接近但有所逊色。

（猎鹰9号火箭发射瞬间）

人类的第一种可重复利用航天器并非猎鹰9号，而是美国在上世纪80年代到本世纪初使用的航天飞机。除了在发射过程中为航天飞机提供燃料的燃料箱不能重用外，航天飞机的两枚固体助推器和搭载宇航员的轨道器都能够多次使用。设计人员希望将航天飞机单次飞行的成本控制在数百万美元之内。然而，航天飞机30多年的实际使用却没能实现设计者们的构想。这个复杂的飞行器在完成一次飞行后，需要耗费几千个工时对需要重复使用的部件进行检查、维修和翻新，确保其在下一次发射中的可靠性。原来计划能够使用好几十次的发动机，实际上使用几次后就不得不进行更换。在航天飞机退役前，一次发射的成本已经达到了5亿美元。

（除了褐色的燃料箱不能重用外，航天飞机的其他部分都可以重复利用，但成本过于高昂）

对于SpaceX来说，同样的挑战依然存在。相比于一次性火箭，实现火箭的可回收功能需要添加额外的部件。这些部件本身不但增加了成本，还占用了火箭的起飞重量，减少了火箭能够发射的有效载荷的重量。在猎鹰9号研发初期，Space X本来计划在猎鹰9号的一级、二级火箭上都实现可回收功能，但最终因为成本上得不偿失，最后放弃了回收二级火箭的功能。同时，当火箭经过一次飞行后，发动机会经历高温气体的灼烧，火箭本体也会受到高空中的风切变损害，火箭需要一系列的检修才能保证在下一次飞行中不出现问题。

为了应对这些挑战，埃隆·马斯克领导的团队在设计制造猎鹰9号火箭的过程中，始终把控制成本和提高可靠性作为最重要的问题。运载火箭的核心是发动机，传统的火箭一般在不同的部分使用不同的发动机。如我国的长征五号在一子级使用是YF-77型发动机，在助推器使用的是YF-100型发动机。这样固然能够根据不同部分的需要灵活配置推力、比冲等特性，但也增加了发动机的研制成本和系统的复杂程度。猎鹰9号则另辟蹊径，在一二级上都采用了Merlin发动机，一级上配置9台，二级上配置1台。这种发动机通过了严酷的测试，SpaceX的工程师们甚至在发动机工作过程中将不锈钢的螺帽置入液氧和液氢的管道中。对于现役的大部分发动机，这样的测试足以让发动机停机，但Merlin却能坚持下去。火箭上的控制设备采用了三套系统冗余备份的设计，当正在工作的系统出现故障时，备份系统可以即刻接管火箭。火箭上的计算机，在系统遭受严重破坏的情况下仍然能够给出正常的指令。在特定情况下，一级火箭上九台发动机中有两台因为故障停机时，火箭还可以正常飞行。

(Merlin-1D发动机正在进行测试)

在这样的努力下，猎鹰9号在可重用技术尚未成熟时，其单次发射6200万美元的报价就已经比同等推力的火箭发射报价低出不少。当这一代猎鹰9号可回收技术成熟后，每枚一级火箭可以实现十多次的重用，发射费用可以比现在再降低百分之30左右。即便这样，这仍然是一个昂贵的价格。但是，SpaceX不会止步于猎鹰9号的技术。未来，他们将进一步进行火箭可重复利用技术的研发，火箭能在一次发射后的几小时内就投入下一次的发射。在量级上，这样的准备时间已经和目前民航客机降落后再次起飞的准备时间相当。火箭的发射费用将比现在降低1-2个量级，每次发射的费用将降低到几百万美元左右。除了猎鹰9号，目前Space X还在研发猎鹰重型火箭（Falcon Heavy）。这种近地轨道运载能力高达64吨（相当于长征五号2.5倍）的太空巨轮同样可以使用猎鹰9号上已经研发成功的回收技术，用以回收一级火箭和助推器。猎鹰重型的主要目标是发射能够前往火星的飞船，实现马斯克移民火星的最终梦想。