SpaceX 成功回收一级火箭的技术是否真能降低 99% 的发射成本？ 第1页

从理论上讲，火箭的发射成本里面，燃料的费用非常低，相比单次猎鹰九号5400万美元的发射费用，它的燃料费只有20万美元，所以如果能回收单看数据自然大大节约了成本。但从实际意义上讲，不可能节约到99%的状态，更多的是技术本身的意义和扩展潜力。

一个例子是著名的航天飞机计划，本来所有的设计就是希望航天飞机能反复回收利用节约成本，但事后证明美国的这个计划并不是完全成功。

a. 首先系统必须做的极度复杂，应对航天飞机的发射与控制，这样无疑增大了各种系统的风险。航天里最简单的永远是效率最高的，这是铁律，也是为什么其他国家几乎都是一次性发射飞船；

b. 其次航天飞机着陆之后重复使用的难度大大加大，需要大量维护费用，比如飞机表面所有涂层极其昂贵，发动机的维护更是天价，不亚于再换一台新的。所以相较而言，航天飞机的性价比一点都不高，但无奈美国在同时没有其他可以替代的有效计划，只能硬着头皮花大把的预算继续使用。后来的挑战者号和哥伦比亚号的毁灭，则直接导致了这个项目逐渐下马。苏联人早就意识到了这一点，他们的暴风雪号航天飞机做好之后，基本没有用过，也在某种程度上证明了这种可回收空天飞行器不太值得。

航天飞机

可以看到美国的航天飞机花费单次花费为近15亿美元！完爆其他的所有航天任务，例如著名的火星探测、深空的旅行者计划，所以重复不见得便宜。不过目前SpaceX这个真心很便宜了，只不过纠结于它是否也会像航天飞机一样，下面会有分析。

另外在航空方面也有B-2和SR-71两款著名的飞机作为例子，技术上各种酷炫，但极其昂贵的造价和飞行完的维护费用，真的也只有美国扛得住了。比如说，如果B-2不是去扔一颗战略的核弹，基本上它飞一次花掉的钱比扔下去的导弹炸弹都值钱。

B2轰炸机

SR71侦察机

针对猎鹰这种火箭，如果想回收也有很多其他问题：
a.为了回收，要增加额外的各种控制和导航空间，导致火箭的设计难度大大提高
b.火箭为了保全，需要留下不少燃料作为后续的“刹车”减速。这对整个推进系统的设计尤其是燃料推送系统的要求极高，要增加很多冗余设计，风险较大。
c.火箭发射一个重要指标就是推重比，相当于有效载荷(卫星或飞船)所占比例越高越好，但如果考虑回收，相当于额外的一些燃料和系统设计会占掉有效载荷的空间，导致发射效率降低。或者是为了达到同样的发射能力，需要更大的火箭设计。
d.类似航天飞机，回收过后的维护尤其对一级发动机的维护，恐怕成本不亚于直接换一个新的了。

e.节约成本从本质上讲是当发射频率达到一定数量之后才有意义，比如欧洲，一年恐怕就发射个位数的火箭，就算用可回收火箭，使用频率不够，也会使运营与维护成本占火箭发射总费用的比例极大增加。 从这些方面说，不会很大程度节约成本，或者只是成本略微降低。

中国、俄罗斯、欧洲都是依赖于一次性使用，俄罗斯基本上全是冷战留下的洲际导弹改装，比较便宜，但目前在国际发射市场的名誉极差，掉了很多星。中国长征三号系列性价比较高，单次发射6000万美元左右，主要因为咱们的火箭在大批量生产(直接取决于发射频率)，所以单款火箭的研发成本在批量生产后会被逐渐摊平，价格降低。欧洲的火箭质量确实更好，但因为造价高（制造批量很小），同类型基本是咱们价格的3-5倍。

那么猎鹰的优势在于：
a.黑科技，就好比B-2和SR-71，虽然很贵，确实是杀手锏，火箭回收技术目前仅此一家。
b.SpaceX毕竟是一家要盈利的商业公司，他们做猎鹰的研发费用只有三亿美元，基本上都比其他主流(欧洲和俄罗斯和美国其他火箭)成本低了一个数量级。所以对于美国军方，成本很低，2008年与SpaceX签了12次发射合同，火箭+飞船，总共才16亿美元。所以为什么不投资一次让他们试验这种可能会duang一下的黑科技呢？
c. 猎鹰提供了一个极好的试验平台，相当于超高动态飞行器的复杂控制，能验证很多最新的技术。加上航天飞机带来的空天飞机试验背景(题主可以搜一下各种美国的X系列)，永远不知道结合在一起会拿出什么黑科技来。

所以总体看来，能不能节省99%成本不是最核心的，技术成熟后(20年)如果有足够的发射频率有可能大规模节省成本。但其他意义不是现在这点投资能衡量的，这个项目成本很低，但验证的技术都很高大上，属于性价比特别高的一个项目，估计要远超航天飞机。

前面说了，咱们的价格，比如长征三号乙是6000万美元。这是个很大的优势，便宜又非常可靠，所以在世界火箭发射市场尤其商业方面有很大拓展空间。猎鹰目前的成本是飞船加火箭约1.3亿美元，火箭5000-6000万美元，飞船送货价格7000-8000万美元。

从这个角度讲，一枚新的猎鹰都不算贵，更何况多次回收更加便宜。

题外话：
我国火箭最大的瓶颈是推送能力，在长征五号完全成功之前最大低轨(小于1000 KM)推送能力依然不如猎鹰-9。在SpaceX成功试射了猎鹰重型火箭后进一步差距拉大，它的低轨运载能力在45吨，如果增加推进剂交叉输送技术，能增加到53吨或以上。咱们还没有到能试验这种技术的水平。目前SpaceX的回收水准已经到了10米以内，把一个5倍马赫速度下来的火箭控制到这种程度，着实不易啊也眼看就要成功了。火箭方面，我们还有不少的路要走。

希望这些回答了您的问题！

下面是尽量回复评论里的问题，就不一一@了，欢迎大家批评指正。

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@文正提问为什么需要垂直落在海上平台？为什么不用直升机低速捕捉？

首先，为什么在海上？

a. 火箭本身的调整也是有极限的，它不可能直直地朝着一个固定的回收点飞去。而且每次飞行任务也不一定完全重复，例如不同的轨道、不同的分离状态，所以弄在海上平台，平台本身也可以提前移动到最理想的位置上，欢迎火箭的归来。

b. 失败的火箭发射，一旦轨迹出了问题往地面打去就是一枚洲际导弹，落到城市自然影响力不必多说。所以世界各国的发射场有基本的规定，尽力回避人类聚集区。而对于NASA这种用了很多海边发射场（比如卡纳尔维拉尔角）的，火箭的轨迹是严格不许进入大陆区域的，只能往海面发射（这也回答了下面有人问关于为什么不落到沙漠的）。下图是个典型的案例，对于一个靠海的发射场，轨迹的选择。

c. 安全问题，海上毕竟容错率较高，没有人住在这里，就算中途失败也不会落在陆地上造成危害。
d. 运回来的优势太大了，轻轻松松拖回来，比落在某块陆地上难度小很多。

第二，为什么要垂直？
很专业的问题，
a. 猎鹰的一级火箭带有4条长达21米的碳素纤维及蜂窝铝合金着陆腿，可以理解为四条腿，缓冲作用，站着肯定最好。万一倒了，因为火箭很重，还是有一定的相对速度，摔坏了或者碰坏了都得不偿失，而且基本都会爆炸的(几次失败都是倒了就爆了)。
b. 火箭的发动机都在底部，喷射方向沿着火箭躯壳方向，当垂直落地时喷出的能量得到最大利用。否则以任何其他角度来落地，如何使相对速度(比如水平速度)逼近于0？对于一个几乎没有气动调整能力的火箭壳体而言，不可能啊！
c. 如果是其他方式，不管什么原因，都有可能滚/滑进海里，发动机进水、剩余燃料外泄、火箭迅速沉入海底，都导致回收没有意义了。

第三，为什么不用直升机抓获？
我只能说太天真了啊!
a. 得用多大的直升机抓起这个庞然大物呢？
最牛逼的俄罗斯米-26改装版本极限能带26吨，美国最牛的支奴干改装版本极限15吨，如果是有效的吊重质量就更小了，吊起猎鹰将将够用或者不可能(不知道一级回收回来的到底多重，不过猎鹰9空重大概在60吨左右)。
b. 在空中抓住它可能么？答案是必然不可能啊，这就不用解释了！
c. 在它落地后呢？已经落好了，用船拖回来即可，还用啥直升机？
d. 直升机也不便宜啊，为了回收一个火箭的躯壳部分，用一架支奴干这种直升机(也4000万美元量级)，随便出点差错，值得么？

哈哈，所以目前的方案确实已经基本最优了。

@赵雪冰问有了推进剂交叉输送技术之后是不是可以制造笋式火箭了？
从理论上讲，如果能尽快的抛掉多余的重量(壳体)部分，对于提高火箭的最终输送能力是直接有帮助的。但也不仅仅是一个推进剂技术能解决的，还有很多火箭制造技术和系统安全工程等问题，不可否认，是一个需要全面研究才能真正执行的大系统。

@胡晓问为什么一级可回收就不能被反导了？没有必然联系吧
你说的很对，但我的意思是这项技术意味着如果火箭一旦变成洲际导弹(只是把有效载荷的航天器换成战斗部而已)，他们的火箭将拥有非常复杂的变轨能力，这对目前的所有反导系统都将是个噩梦。

@Wang Luan问现在几次失败基本上都是已经垂直降落接近地面的时候突然失控，能不能让它落进一个网里？或者像垂直发射系统一样让它落回一个有缓冲的发射井里？
我在帖子最下面已经回答过了，目前的垂直回收是一个性价比最高的技术了。落进网里的方案我个人觉得也比较靠谱，但不知道为什么没做。至于回到发射井里，就非常不靠谱了。因为火箭为了安全起见（不落入内陆城市），一般都会朝大洋发射。而且控制过程受很多因素影响，比如火箭分离位置、发射轨迹、甚至当天气象情况，如果用固定的发射井，肯定不如可以移动的海上平台来的划算。
@范辉 也提出了一个铁架子的方案，我也觉得靠谱，和用网的效果类似。但我个人觉得，如果垂直回收能做到的话，这些都是未来可以直接降低成本的更佳方案。相当于美国人先做成最难得，未来根据实际情况再做优化。

@杨飞问为什么不能在上面加一个降落伞来减速？
使用降落伞回收会非常受大气影响，导致火箭的降落地点不能固定下来。而海上平台虽然可以移动，但至少在执行某次任务的时候，它相对于火箭是个固定的点，任务开始前已经固定在海上了，所以当天的气象情况很容易干扰降落伞。另外，降落伞在某些阶段也必须扔掉(载人飞船落地后降落伞也必须自动脱落，否则飞船就给带着到处跑了)，否则会在最后阶段有极大干扰。所以最后还是需要发动机工作来减速。综合下来，不如完全不用，只依赖发动机工作。

@朱志雄问航天飞机的固体助推器也是可以回收的 为啥降落伞减速加直接落海里都可以 猎鹰要用这么复杂的方法回收？
回收的最有意义的其实是火箭发动机，极其昂贵，并非一些不太重要的结构。比如战斗机一般都会挂着副油箱起飞，战斗前不管是否里面有油都会强行抛掉，主要是副油箱和里面的油真心不值钱。所以SpaceX也是主要回收下面这一级和里面的火箭，其他的也不关注了。

@Jan Skrzetuski苏联的航天飞机基本没用过是因为暴风雪号在1988年首飞后三年苏联就解体了，并非苏联航天飞机不实用。

这位朋友说的很对，但是即便苏联没有解体：第一，他们如果负担高昂的航天飞机生产和发射成本(参照美国)，他们的国力也不见得支撑的下去；第二，他们已经有了成熟的飞船，既然有更优的选择，航天飞机依然会被冷落。