“復用”之路越走越寬
—— 航天史上首艘“二手”貨運飛船升空

□ 王宗璽

“復用”之路越走越寬
—— 航天史上首艘“二手”貨運飛船升空

□ 王宗璽

▲ "獵鷹”9號托舉“龍”貨運飛船升空

北京時間6月4日清晨5點07分，美國太空探索技術公司（SpaceX）利用旗下獵鷹9號火箭成功將同為該公司研發的“龍”飛船發射升空。該艘“龍”飛船執行的是第11次國際空間站貨運補給任務。此次發射并不是一次平凡的發射，因為這次發射的“龍”飛船是人類航天史上第一艘重復使用的飛船。

一次不平凡的發射

▲ 商業載人計劃標識

在獵鷹9號火箭回收再利用之后，SpaceX并沒有滿足于“二手”火箭的再次升空，他們又把一艘“二手”飛船送上了太空，而且還是一艘被海水浸泡過的飛船。這是一件前人從未做過的事情。

本次任務發射的“龍”飛船曾于2014年9月發射升空，與國際空間站對接并在太空停留34天后返回地球，濺落在太平洋。

此次重復使用的是貨運飛船的加壓艙，非加壓艙（也叫做Trunk）則是新的，因為它在每次任務結束后會在再入大氣層時燒毀。

此次發射的“龍”飛船于6月5日與空間站交會對接，并于北京時間7月3日和空間站分離返回地球。“龍”飛船本次返航從站上帶回了1850千克貨物，其中包括站上一項藥物實驗用的活體老鼠。這是SpaceX公司今年第二次飛往空間站的貨運補給任務，也是獵鷹9號今年的第七次發射。

本次發射也是LC-39A發射臺自“土星5號”登月火箭首飛以來的第100次任務，非常值得紀念，此前的發射包括11次阿波羅任務、1973年發射的天空實驗室、82架航天飛機（包括航天飛機首飛）和5次SpaceX的“獵鷹”火箭發射。

復用才是王道

▲ 當年執行CRS4任務時的“龍”飛船

▲ 姿態控制發動機

▲ “龍”飛船組成部分

說起復用，才是本文的正題。航天飛機作為復用領域的反面教材，無論是在其之前還是之后，人類航天史上眾多的貨運和載人飛船，除了蘇聯的VA飛船，都沒有嘗試過重復使用。

SpaceX公司之所以敢“冒天下之大不韙”地再次吃螃蟹，將被海水浸泡過的飛船重新翻修使用，還是有其獨家的視角的：其一為節約成本；其二為騰出人手和精力集中研發載人“龍”飛船（Crew Dragon）；其三是因為馬斯克本人對復用的執著信念。

說起省錢，相對于重新制造一艘全新的貨運“龍”飛船而言，重復使用“龍”飛船，可以大幅度減少生產線的制造壓力。這就好比相對于重新制造一輛汽車，翻修一輛泡過水的汽車能省下很多事情。復用飛船節省了大量人工和物料，雖然復用更換了部分被海水浸泡過的零件，但SpaceX公司飛行可靠性副總裁漢斯表示這艘飛船絕大部分的零件都是“原裝的”。眾所周知，由于飛船發射和返回過程中要經受惡劣的震動、空間的輻射、再入的高溫灼燒、還有海水的浸泡等，很可能在復用中導致設備和零件因疲勞等原因失效。因此航天界之前對飛船的復用一直都相當謹慎，即使有類似計劃，最終也都擱淺或者尚在開發中。但是漢斯表示，SpaceX公司的工程師比對了2014年這艘“龍”飛船首次飛行中經歷的結構載荷記錄和組件在最初設計時留下的設計裕量，認為各個零部件仍具有足夠的壽命和可靠性。SpaceX公司技術人員在翻修中更換了幾種被海水浸泡的零件，如電池和飛船的隔熱大底，但船體、推進器、推進劑儲箱、線路系統和一些導航電子設備都是原裝的。從SpaceX公司的表態來看，此次“龍”飛船的復用比例相當高，尤其是飛船的發動機在經過海水浸泡后竟然能夠再次使用。

▲ 載人“龍”飛船內部示意圖

▲獵鷹9號火箭從LC-39A發射臺升空

美國宇航局的項目負責人在接受采訪時并未透露此次任務價格相對于以往全新飛船是否有所下降（因為合同簽訂時并未約束采用全新飛船，所以理論上可以認為報價不變），這樣一來SpaceX公司就可能攫取了更多的利潤；或者也可能SpaceX公司像復用火箭一樣給美國宇航局“妥協”了一個不可描述的折扣，那么如此一來，納稅人的錢也就得到了“拯救”。不過負責人表示，美國宇航局在“龍”飛船的翻修過程中與SpaceX公司保持了緊密合作，兩家對于此次復用都有信心。更有意思的是，項目負責人表示，如果未來復用火箭也能提供足夠的安全記錄的話，美國宇航局也可以考慮采用重復使用的火箭。這樣一來，未來“二手”火箭+“二手”飛船的組合將不再是夢想。除了節省經費之外，SpaceX公司作為史上首個向國際空間站輸送貨物的私人航天公司，自2012年以來已經11次向空間站發射貨運飛船。美國宇航局與SpaceX公司曾簽訂過CRS1與CRS2兩個階段的貨運飛船發射合同，包括在2024年前向空間站發射至少26艘貨運飛船，這是美國現役貨運飛船發射合同中次數最多的一家，也是發射頻率最高的一家。雖然與俄羅斯的“進步”系列飛船在總發射數上難以匹敵，但是從近幾年來看，“龍”飛船已經撐起了國際空間站“快遞小哥”中的“半壁江山”，與功勛卓著的“進步號”貨運飛船平分秋色。此外，美國宇航局還與SpaceX公司簽署了另外一份合同，用于開發一種低成本、可載人載貨通用、可復用的新式“龍”飛船，用來替代已經退役6年的航天飛機，以擺脫俄羅斯“聯盟號”飛船近乎“訛詐”的高昂船票。該項目名為“商業載人航天計劃”。SpaceX公司作為一家僅有5000人的私營航天公司，未來同時維持兩條飛船生產線太過艱難，為了騰出精力研發關鍵的載人“龍”飛船，SpaceX公司只能精簡掉貨運“龍”的生產，而改用復用的方式。

▲ 貨運“龍”飛船的主體部分

或許5000人已經不算小公司了，但要知道，SpaceX公司面臨著繁重的研制任務：一款以兩周一發速度發射的現役運載火箭“獵鷹”9；一款有可能摘取現役運載火箭運力之王桂冠的新型火箭重型“獵鷹”；兩款現役液體火箭發動機（Draco和Merlin）；兩款在研液體火箭發動機（Super Draco和 Raptor）；兩座現役發射臺（SLC-4E和LC-39A）；兩座在建發射臺（LC-40和德州新發射場）；1款現役“龍”貨運飛船；1款在研的載人和貨運通用飛船（載人龍和貨運型通用）；還有約4500顆衛星組成的全球衛星互聯網正在研發；當然，還有殖民火星使用的行星際運輸系統正在設計迭代中。這樣來看，SpaceX公司想要精簡一條貨運“龍”生產線也在情理之中。

馬斯克的“執念”

SpaceX公司在冒出復用這個想法的時候正好是人類歷史上第一款可復用航天器——航天飛機退役后不久，也是人類對可復用航天器最絕望的一個時期，任何可復用太空運載系統的設計幾乎都被懷疑。SpaceX公司在可復用運載火箭這條道路上如此執著，一方面是因為航天飛機的思路暫時堵死了，可回收的運載火箭成了短期內唯一的救命稻草；另一方面，也是最重要的，SpaceX公司誕生的初衷是推動人類成為一個多星球物種，也就是說離開地球要像科幻電影中一樣成為常態，火星則是他們設想中最靠譜的第一站。SpaceX公司的終極目標是殖民火星，我們不去評判這個思路的可行性如何，以及未來能否有足夠的資金支持這個瘋狂的目標，但至少它的“掌門人”艾隆·馬斯克對此十分執著。眾所周知，可持續性的載人火星登陸任務堪稱本世紀內載人深空探索領域皇冠上最耀眼的那顆寶珠，其巨大的技術難度和天文數字般的資金投入幾乎不需多說。但是作為一個私營企業要完成這樣一個近乎癡人說夢的目標，首先要做的就是想盡一切辦法降低進入太空的成本，而且必須是根本性或者是數量級上的降低，這就注定了可復用的運載火箭是可持續性火星任務的最重要條件——沒有之一。總之，重復使用航天器及其運載器是馬斯克的執念。

此次“龍”飛船攜帶了合同規定的滿載貨物，其中包括為國際空間站準備的近2724千克的物資和設備。SpaceX公司曾經宣稱后續CRS1合同下的所有貨運“龍”飛船均將采用復用飛船，但是最近改口稱后續還有一艘全新飛船（預計于8月升空）?！褒垺憋w船的有效載荷清單包括美國宇航局的一個實驗，研究快速旋轉的中子星坍縮的超新星爆炸留下的超高密度恒星殘骸。其他實驗包括與嚙齒類動物相關的實驗，科學家們將用于幫助研究骨丟失和骨質疏松癥的治療方法，還有一種新的太陽能陣列，可以應用于未來的衛星，也可用于對地觀測攝像平臺。此外，還有北京理工大學的一項實驗載荷，同時也是國際空間站上的首次中國實驗。

總之，航天技術發展中“復用”這條路將越走越寬。畢竟，只有不懼風險，勇敢嘗試的人才有資格征服太空！★