火箭垂直回收技術的硬傷_風聞

2019年4月12日，馬斯克發射了重型獵鷹，實現火箭子一級的全部成功回收（兩枚助推器陸上回收，芯一級海上回收），網上一片歡呼之聲，馬斯克在這一刻似乎愛迪生、喬布斯附體？甚至有些航空航天專業人員也不經思考，跟着起鬨，高呼馬斯克即將佔領全世界商業發射市場云云。

其實，火箭垂直回收技術（即火箭利用發動機垂直下降回收）有三大硬傷：

1.化學火箭固有的低比衝、低運載係數缺陷。化學火箭的比衝一般只有300多秒，運載係數在5%以下，例如獵鷹9的運載係數只有2.6%。比衝=推力/（推進劑質量流量*重力加速度），反映火箭的推力效率，運載係數是有效載荷與火箭總質量之比，反映火箭的運載能力。這些缺陷使得化學火箭註定是一種效率很低的運載工具。

土星5號起飛質量3000噸，近地軌道運載能力119噸，月球軌道運載能力45噸。火箭發動機必須把幾千噸燃料抬升到空中，導致運載效率較低。

2.難以實現完全可重複使用，只回收第一級，第二級因為飛出大氣層，難以回收，只能拋棄，成本降低有限。火箭越大，扔掉的第二級越值錢（數據來自公開文獻）。這也是現在各國大力發展可完全回收的天地往返運載系統的原因。預冷動力、組合動力飛行器由於比衝高，運載係數大，而且可完全重複使用，發射成本將遠遠低於火箭。

3.垂直回收需預留降落段推進劑以及附加機構，增加死重，火箭運載能力降低15%~50%（數據來自公開文獻），大型火箭問題更嚴重。原本設計近地軌道運載能力100噸或者地月轉移軌道運載能力30噸，為了回收第一級，只剩70噸LEO運力和20噸LTO運力，得不償失。空間站和月球基地建設，所需重型火箭也就幾十發，助推器完全可以傘降回收，垂直回收節省的芯一級那點錢不如每次多運幾十噸載荷，更快完成建設目標。時間成本有時候反而更重要。

補充：各種運載系統在不同馬赫數下的比衝，可見TBCC（渦輪基組合循環動力）、RBCC（火箭基組合循環動力）的比衝遠高於火箭。

隨着高速磁懸浮技術的進步，電磁發射成為可能。據報道，中國航天科工的羽舟、輕舟火箭將由地面大型電磁彈射系統發射，計劃2020年完成電磁發射演示系統建設及原理驗證。

航天科工參與研製的真空管磁懸浮高鐵，最大速度預計4000km/h。試想如果加大功率，且軌道足夠長，就能把RBCC直接加速到衝壓發動機的起動速度，而且加速度遠小於火箭，有利於降低飛行器的結構質量。這樣同時實現高比衝、高運載係數和完全可重複使用，發射成本可能降低至不可回收火箭的1/20以下，而且水平降落後不需要複雜的檢修和組裝，像飛機一樣迅速檢修、加註燃料、吊裝載荷之後就能再次發射。

那時，一架空天飛機10天發射10次將不再是夢想，人類真正實現廉價進入太空，開啓太空經濟時代。