海上回收火箭，改变世界航天格局
想要完成海上竖“铅笔”挑战的其实是一家来自美国的公司，而且这支“铅笔”还是一枚巨大的火箭。最终，Space X（美国太空探索技术）公司的火箭在完成了向国际空间站运送补给物资的任务后，稳稳地落在了位于大西洋的遥控船上，挑战成功！
回收火箭的先驱
2015年12月22日，相信许多人的朋友圈都被这样一条新闻霸了屏：美国Space X公司发射了一枚“猎鹰9号”火箭，在运送Orbcomm 公司的11颗通讯卫星进入轨道后，成功回收了返回的一级火箭，创造了人类太空史上当之无愧的第一。
即便如此，Space X公司的灵魂——埃隆·马斯克仍不满足，他还想迎接更高难度的挑战——海上回收火箭。
2016年4月8日，在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地，Space X公司的“猎鹰9号”火箭发射升空，10分钟之后，火箭与飞船成功分离。
通常火箭第一级燃烧完毕后，都会掉落到地面，至于落到何处，那就无法准确定位了。不过，“猎鹰9号”火箭却在执行完向国际空间站运送“龙”货运飞船的任务后，从高空返回，并启动喷火装置，慢慢减速，最终打开支架，缓缓落到了一艘位于大西洋海面的驳船甲板上。火箭回落到船上时，不仅没有受到海浪的影响，也没有出现损坏的迹象。有人说，这次Space X公司向大西洋方向投掷了一杆“标枪”，而这杆“标枪”稳稳地扎在了目标中心。
挑战高难度
相较于陆上回收，海上回收平台（驳船）甲板面积很小，对火箭落点精度要求非常高。此外，火箭垂直返回海面，对姿态控制要求也较高，复杂海况如天气、海浪等也会对火箭着舰的稳定性产生影响。相信许多人都难以理解，既然Space X公司已经掌握了陆上回收火箭技术，为什么还要“舍近求远”，尝试海上回收火箭呢？
事实上，各国发射的火箭几乎都是向东飞行，其各子级在完成使命并分离后，都会因惯性继续向前向上运动一段距离，随后沿抛物线自然落下，其落点位置要比分离时更远离发射场。而美国的发射基地主要位于东部海岸，因此各落回子级最终会落在距离发射点很远的大西洋某处。
此外，在陆上回收的一级火箭的飞行轨迹会截然不同。以Space X公司第一次成功回收的“猎鹰9号”为例，火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地的40号发射场升空，当一级火箭与二级火箭分离后，还进行了一系列翻转和机动，最后返回了佛罗里达海岸的航天中心，与发射台相距10千米。由此可见，陆上回收的路径过长，需要耗费大量燃料，从而增加成本。只有当运载火箭所承载的载荷比其最大运载能力小很多，一级火箭中剩余的推进剂又足够多时，才可以在一级火箭分离后使用较多的推进剂改变其速度和方向，从而返回指定地点进行陆地回收。而且，陆上回收还要考虑更多的地面安全因素，尤其是着陆失败可能给着陆区域造成的损害。
因此，对致力于实现太空商用火箭重复使用的Space X公司而言，最节省推进剂的回收方式就是将回收平台搭建在火箭子级的自然落点附近，即大西洋的海平面上。海上回收使火箭不需要消耗宝贵的燃料飞回陆地特定着陆场，直接自然降落即可。驳船可以提前在火箭落点位置停泊等待，火箭只需少量燃料用在最重要的降落减速上就行。
航天飞机之痛
在航天发射过程中，火箭把航天器送上太空并不容易，需要联合使用多级火箭。当一级火箭的燃料殆尽后，二级火箭就会点火，继续推动航天器上升，有的甚至还会用三级火箭继续推送。其中，一级火箭的工作最重要，携带的燃料也最多，但它的命运往往是被直接废弃。这导致航天发射成本巨大。如何降低成本，成了航天技术发展的重大课题。
20世纪70年代，美国开始使用航天飞机，它的一级火箭包括固体火箭推进器和两个外挂燃料箱。当时设计者的思维非常理想化：我们只丢弃用完的燃料箱，但继续重复使用固体火箭助推器，这应该可以大幅降低成本吧！
但事实证明，航天飞机的发射成本完全没有降低，成了一个很烧钱的机器。此外，航天飞机的安全问题更加让人头疼。1986年，“挑战者号”升空时爆炸;2003年，“哥伦比亚号”返航时解体……最终，美国宇航局的高管痛定思痛，于2010年年初做出最终决定，将日渐老化的航天飞机全部退役。至此，引领人类航天技术发展的美国宇航局彻底丧失了发射大型航天器的能力。而另一个航天技术的领头者——俄罗斯，尽管也研发了航天飞机，但他们根本没有使用就将其直接废弃了。
航天飞机的高昂费用导致了它的彻底失败，这引发了许多人的思考，莫非放弃政府主导，转而让民营企业参与航天技术的发展，才是一条正确的道路？
私人航天技术的舞台
1996年5月，一位名叫彼得·迪曼蒂斯的美国人，为了激励新的私人载人航天技术的创新，设立了总额为1000万美元的“安萨里X奖”。按照该奖项的要求，第一个用私人航天器将3名乘客送到100千米外的太空，并将其安全送回地球，且能够在两周内，使用同一架飞行器重复上述载人飞行的公司或组织，将最终获得这笔奖金。
虽然与研制航天器的成本相比，这个赛事的奖金并不丰厚，而且比赛规则也极为严苛，但它却吸引了数个竞赛团队。就连微软公司的创始人之一的保罗·艾伦也投资研制了飞行器，并且最终赢得了“安萨里X奖”。
随后，美国还出现了“谷歌登月X大奖赛”，赛事目的也是为了鼓励私人公司发展航天技术。事实上，这项赛事的出现与美国政府的相关政策有着紧密关系。
2004年，时任美国总统的小布什提出了“星座计划”，即在2018年实现重新载人登月，在2025年实现载人登陆火星。可惜的是，2008年金融危机爆发了，由于财政拮据，后来上任的总统奥巴马不得不取消了“星座计划”，转而鼓励私人企业进入空间探索领域。在一系列鼓励私人企业发展航天技术的政策措施出台后，于2002年6月才成立的Space X公司，立刻迎来了巨大的发展良机。
2008年，Space X公司获得了美国宇航局的正式合同。2012年10月，该公司的“龙”货运飞船将货物送到国际空间站，开启了私营航天的新时代。但Space X公司的高管很清楚，研发可重复利用火箭技术才是他们的头等大事。
截至2016年5月30日，该公司已经连续3次在海上成功回收一级火箭，总计4次成功回收火箭。但在此之前，他们也曾经历过多次失败。
2013年10月7日，该公司的 “蚱蜢”火箭升空至744米后返回，准确降落到发射台上，标志着人类首次制造出可重复利用的火箭。2014年5月，第2次实验依然成功，但在当年8月，第3次实验失败。2015年1月10日，“猎鹰9号”运载火箭搭载的“龙”飞船发射成功，虽然“龙”飞船安全入轨，但火箭却回收失败。在遭遇多次挫折后，该公司重新审视了原有的技术并进行了改良，最终分别实现了陆上和海上火箭回收。
近几年，美国宇航局开始让私人企业承担起近距离太空运输的任务，至于宇航局自身，则可以集中精力研发功率更大的火箭，开展远程太空探测。当然，宇航局开发的大型火箭，也可借助私人企业研发的回收技术，降低成本。
航天局面大变革
Space X公司的一系列成功，不仅为公司赢得了足够丰厚的赚钱砝码，也让美国宇航局对它信心倍增。2015年11月，美国宇航局决定，从2017年开始，委托Space X公司为国际空间站运送宇航员。而在此之前，由于航天飞机的退役，美国一直依靠俄罗斯的飞船完成此项工作。
在航天技术出现后不久，人们就意识到，依靠火箭发射把载人航天器送上太空，技术落后，成本高昂，并不是长久之计。尽管为了实现太阳系内的远行，科学家设想过使用空天飞机或电磁发射，但即使几十年后的技术有了巨大飞跃，这些设想仍旧很难实现。因此无论如何，近几十年航天器的发射都离不开火箭的运送，而如何解决火箭无法二次利用的问题，从而降低发射成本，就是最关键的任务。
Space X公司一级火箭的成功回收，不仅是一次伟大的壮举，更是一场航天技术的革命。此外，“猎鹰9号”火箭在摇晃的驳船甲板上的精准平稳降落，也让人们看到了其控制技术的发达。也许未来的飞船在外星球降落时，可以自主选择在任意地形着陆。
航天技术成本的降低，不仅会引发巨大的社会变革，也将会吸引一大批私人企业进入航天领域，由此给民用太空旅行计划带来实质性的帮助，甚至将宇宙空间民间商用化变为现实。也许再过不久，我们的假期旅行目的地上，就会加上“宇宙”这个选项。
作者：北辰
