第261章 火箭回收

  我们使用的火箭部件正承受著这类应力，这就是为什么我们不能直接把火箭捡起来重新加油 —— 这很可惜，因为按现在的幣值计算，太空梭的外燃料箱造价约 1 亿美元，而加满燃料还不到 100 万美元。

  这个外燃料箱不可重复使用还有另一个原因：燃料耗尽时我们就会把它拋掉，此时火箭已经进入太空，速度极快，所以它会重新坠入大气层，在再入过程中碎裂，通常会坠入印度洋。

  太空梭上另外两枚火箭 —— 固体火箭助推器（srb），通常在飞行约 2 分钟、高度约 45 千米时分离，坠落在大西洋中，我们会回收它们，维修翻新后再次使用。这听起来很棒，但算上为回收而建造、打捞、维修的所有成本，虽然没人能给出精確数字，但普遍共识是，这么做的成本几乎和买新的一样高。我见过很多人认为，这不仅没省多少钱，反而花得更多。

  很难確切说清，因为政府的会计工作虽然总是非常精准细致，却往往比真正的火箭科学还要复杂。我有时怀疑，nasa 的会计部门人员和电脑比任务控制中心还要多。

  不过我认为，回收这些助推器是正確的做法，即便节省的成本微乎其微，因为这让我们有机会研究基本完好的部件，看看发射过程中系统承受的应力和出现的故障情况，很多改进也確实由此而来。

  但理想的情况是，火箭能轻鬆回收，经过快速检查、更换几个零件后就能几乎立刻重新加油，就像我们对飞机做的那样，让维修翻新成本不超过燃料成本。太空梭的固体火箭助推器显然不是这样，我们现在看到的可重复使用火箭也不是。

  儘管我们能看到它们降回发射台，但大多数这类设计仍然是多级火箭，只有第一级助推器能被回收。即便做到这一点也非常困难，而且和太空梭的固体助推器一样，这一级通常是在还未承受完全再入应力的高度和速度下分离的。

  我们来看具体例子，说说备受关注的猎鹰 9 號，尤其是它的四推力变体。想必你知道，它由 spacex 公司製造，该公司由埃隆?马斯克创立，他几乎肯定不需要介绍。所以我们把重点放在火箭本身。

  需要说明的是，它是一枚两级火箭，只有第一级能被回收，因此並非完全可重复使用。我们还要注意，每次发射標价 6000 万美元，其中几乎没有成本来自燃料，它將 1 千克载荷送入近地轨道的成本略高於 1000 美元，远比太空梭估计的每千克 5 万美元划算，便宜了近 50 倍。

  但这和真正可重复使用系统应有的节省幅度相去甚远 —— 在真正可重复使用的系统里，燃料应该是主要成本，至少占很大一部分。事实上，相比太空梭，这些成本节省大多来自可重复使用之外的其他改进，比如一开始就造得更便宜、更好。

  那么，什么能让火箭更便宜？火箭本身昂贵的原因其实还是燃料，因为从重量上来说它很昂贵。你必须携带所有燃料和氧化剂，容纳它们的结构必须非常坚固，这通常意味著很重。

  我们使用多级火箭的原因之一，就是可以拋掉空燃料箱，不用燃烧更多燃料带著它们飞行。人们会好奇，为什么我们不用很多小燃料箱，用完一个再用下一个，但这会带来两方面成本：金钱成本和质量成本，两者都直接撞上了平方立方定律。

  几何学告诉我们，如果把一个物体的宽度加倍，表面积通常会增加 2 的平方，也就是 4 倍，而体积会增加 2 的立方，也就是 8 倍。如果我的燃料箱需要 1 厘米厚才能承受应力，那么把尺寸加倍后，燃料容量变成 8 倍，而燃料箱重量只增加 4 倍。

  举个例子，如果我能用一个大燃料箱，空重 4 万千克，能装 88 万加仑燃料；把它缩小后，小燃料箱重 1 万千克，装 10 万加仑燃料。这就是平方立方定律。但要给火箭装 88 万加仑燃料，我就需要 8 个小燃料箱，总重 8 万千克，而大燃料箱装同样多燃料，只重 4 万千克。

  后面几个燃料箱空了之后拋掉，能省一点燃料，但前半段带著额外燃料箱重量会损失更多。