为了回收火箭，工程师们曾想过多少奇招？

工程师们不是不算经济账，用更低的成本实施航天发射，从来都是他们的理想。只不过，在半个世纪以前，这个理想并未成为重大工程的首要目标，那时人们更关注工程设定的根本任务能否顺利完成，而不是它背后的预算数字。今天降低航天发射成本的一个重要措施，就是火箭的回收与复用技术，其实这个主意早在“阿波罗”计划实施以前的年代，工程师们就已经考虑过。

“阿波罗”计划使用的“土星”V运载火箭是当时运载能力最强大也最昂贵的运载火箭，每次发射这枚总重近3000吨的三级运载火箭各级均为一次性消耗品。除了巨大的箭体，一同报废的还有更加值钱的F-1液氧煤油发动机，那制造费用想想都吓人。那时的工程师们就想，能不能让用完燃料的火箭溜圆个回来，而不是跌得粉身碎骨呢？

约1961年的“土星”S-I第一级回收概念图，火箭级利用罗加洛柔性翼滑翔返回。图片来源：NASA

“土星”运载火箭还在绘图板阶段时，设计师们就考虑过回收和复用某些部件。要想让从高空分离坠落的火箭第一级实现减速，温柔着陆而不摔坏，使用降落伞是最直接有效的办法。陆军弹道导弹局（ABMA）在1958年绘制的概念图中，就计划用降落伞回收“朱诺”V火箭，最后在水面溅落。后来工程师们也曾计划用这个办法来回收“土星”V的第一级，那需要好几个降落伞联合减速，看概念图，很壮观。为了让火箭能竖直着陆，工程师们还打算为它安装今天“猎鹰”9号火箭那样的支撑脚，让它站稳了别趴下。

道格拉斯飞机公司提出的可回收式“土星”S-IVB级概念方案。图片来源：道格拉斯飞机公司/圣地亚哥航空航天博物馆Flickr档案馆

降落伞没法实施主动控制，只能在海面溅落。为了能主动控制火箭的飞行轨迹，工程师们甚至想到给火箭装上柔性罗加洛滑翔伞，通过自动控制机构调整滑翔伞，就能让“土星”第一级实现陆上滑翔着陆，最后使用可收放滑橇接地。

滑翔伞的好处是可以折叠，以很小的体积收纳，但问题是控制效率不高，远不像固定翼飞机那么“听话”。既然如此，给火箭第一级加上固定翼行不行呢？美国工程师们确实严肃考虑过这个方案，光有固定翼还不够，还要给火箭装上喷气式发动机，这样才能让它像飞机那样从高空以动力滑翔方式返航，最后降落在机场跑道上。这等于把火箭第一级加上机翼，让它变身成动力滑翔机。然而经过论证，人们发现这套方案的麻烦也不小，首先需要安装很大的三角翼，才能足够的气动力升力；同时还要增加厚重的热防护系统，才能避免火箭回收时被加热效应损坏。增加这些额外的“零碎”，会显著增加火箭的“死重”——它们在发射升空工程中不会有任何功能贡献，严重恶化火箭的载荷能力，这在极度追求火箭运载能力的“阿波罗”时代是不能容忍的。

“可重复使用的土星五号”火箭模型

希勒飞机公司向NASA提交过一个更激进的想法，打造一款代号“空中拖车”的重型直升机，直接在空中抓住挂着降落伞飘落的火箭第一级，然后带着它轻盈着陆，这个过程和C-130从空中回收侦察卫星再入胶片盒差不多。不过在贝尔飞机公司看来，用直升机从空中接住火箭第一级太费事，不如把火箭和直升机结合起来，在火箭第一级上直接安装一组动力旋翼，让它自己飞回来，不过这个方案实现难度果然太大，最后不了了之。

这还不是最有趣的方案。1962年道格拉斯飞机公司提出了一个脑洞更大的概念：使用一个精心设计的充气式膨胀锥体包裹火箭第一级，帮助它减速溅落在海上并提供充分保护。理论上说，如果材料够先进，这个包裹体确实可以抵御再入时的高热，但在20世纪60年代实现起来难度太大。

道格拉斯飞机公司提出的ROOST助推器回收方案概念图，助推器利用充气式阻力锥减速并完成回收。图片来源：道格拉斯飞机公司/圣地亚哥航空航天博物馆

ROOST助推器剖面概念图，展开后的充气式阻力锥用于帮助助推器减速并完成回收。图片来源：道格拉斯飞机公司/圣地亚哥航空航天博物馆

在“土星”火箭时代，回收火箭的方案虽然是有一箩筐，但没有哪个真正落地，原因还是主观意愿问题。到航天飞机阶段，虽然全可回收和复用方案反复出现，但最终航天飞机还是被打造成了部分可回收，而且是高成本复用的产品：轨道器可以返回收和重复使用，两个巨大的固体助推器选择了最保守也最稳妥的降落伞海上溅落回收方式，至于那个更庞悍的外部燃料贮箱，一次性消耗品的身份还是没法改变，每次发射只能报销。

今天火箭回收和复用技术已经成为现实。人们采取的方案是依托火箭自身发动机，通过多次启动实现减速，利用火箭自带的很小的气动舵面调整姿态；借助先进飞控软件加上定位系统实现轨迹调整；最后用支撑脚、机械臂或网系实现回收。这些方法能以重量代价不大的条件得到落实，一方面是因为产业对这一问题的聚焦，另一方面则是由于实打实的技术进步。

文章来源/《航空知识》杂志《火箭回收：脑洞一箩筐》

编辑/王鑫邦

审核/老虎、武瑾媛

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