论文部分内容阅读
美国东部时间2016年4月8日16时43分（北京时间9日04时43分），猎鹰9号火箭搭载着“龙”飞船，从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空。在顺利将飞船送入轨道的同时，火箭的第一级也成功地在“of course i still love you”号（意为“我依然爱你”）海上无人回收平台实现了软着陆。
2015年12月22日，SpaceX已成功实现了火箭第一级的陆上回收。这次海上回收的成功，意味着该公司已经实现2012年启动的火箭第一级垂直回收研发项目第一阶段的所有预定目标。
消息传来，引发了一定规模的轰动效应。甚至很多此前不关注航天的群体也受其感染，开始加入到对SpaceX的赞誉中。在美国媒体口中，这家公司俨然成为了人类航天的希望之星。
然而专业人士必须认真考虑实际的数值。这家公司是否真如埃隆·马斯克所言，将可以把单次发射成本降至600万美元？借着这一成功，未来的低成本航天将走向何方？更为重要的是，该公司计划在2016年下半年首次发射的超级火箭“重型猎鹰”，将引领这家美国航天界的明星公司走向何方？这些，想必是任何一个真正关心航天的人都非常有兴趣了解的。
渐入佳境的猎鹰9号
猎鹰9号是一款在大量采用低风险成熟技术的同时，大胆启用新材料、新工艺，最终实现较为优异性能，且成本控制出色的“经济适用性”火箭。
2010年6月4日，首枚v1.0版猎鹰9号携带“龙”飞船模拟舱，在卡纳维拉尔角发射升空，并成功进入近地轨道。2010年12月8日，第一艘正样“龙”飞船搭载猎鹰9号顺利升空，环绕地球飞行两圈后成功再入，降落在墨西哥海岸线外约800千米处。
此后的一年半里，SpaceX针对从v1.0版猎鹰9和“龙”试飞中发现的问题，采取了针对性的解决方案。根据公司官方说法，自启动猎鹰1项目至猎鹰9首射成功，公司在运载工具方面投入的研发成本大约在3.9亿美元规模。也就在此期间，SpaceX同时提出了引来无数目光的火箭垂直回收项目。
2011年4月，SpaceX正式启动了其基于甲烷、液氧燃料的“猛禽”（Raptor）发动机。最初该项目仅由一支不满10人的小团队负责，以低优先级进行推进。但在2011年晚些时候，马斯克在接受采访时发出豪言壮语，希望能够在10-20年内将人类送上火星表面。2012年初，SpaceX明显加强了“猛禽”研发团队的规模，优先级显著提升。与之相关的各类宏伟构想也接踵而至，其中包括“火星殖民地运输器”三级火箭，它的芯级直径10米，一级并联27台“猛禽”。而马斯克更是在当年年底表示，正在构想一个有数万定居者的火星殖民地，首批殖民者将在本世纪20年代抵达，他将作为首位踏上火星的地球人，第一个把脚印留在这颗红色星球上。
这些豪言壮语有真有假。首先，SpaceX确实有研发甲烷、液氧发动机的计划。毕竟“梅林”1发动机的潜力已经被开发到极限，妨碍了SpaceX业务的进一步发展，所以研制新一代发动机势在必行。但10米芯级超级火箭、火星殖民地以及马斯克亲自登上火星，都是短期内看不到的事情。即便马斯克自己是认真的，SpaceX的股东们也不会轻易支持。然而，马斯克借助这些吸引眼球的说辞，一直保持在舆论的风口浪尖上，在公众和投资者的视野中闪亮着。
2012年5月22日，第一艘正式执行货运任务的“龙”飞船装载着总重525千克的食物、饮用水、衣物、电脑硬件及其他设备，在卡纳维拉尔角空军基地40号工位，被猎鹰9号以51.6°倾角发射升空。当天晚些时候，“国际空间站”的机械臂顺利捕捉到飞船，并实现了成功靠泊。任务获得了圆满成功。
当年10月8日和11月1日，SpaceX又两次使用v1.0版猎鹰9火箭将“龙”飞船送入轨道，为国际空间站运去给养。10月8日发射的次要任务因火箭发动机未能再次点火而失败，未能将“轨道通信”近地轨道通信卫星送入预定轨道，但货运任务圆满成功。
连续三次货运飞船发射任务的成功，一洗SpaceX当年在猎鹰1号项目上的晦气。使其逐渐被业界和社会舆论所瞩目。但猎鹰9号的v1.0版毕竟只是一种过渡型火箭。其载荷不足以支持重型设备进入轨道。所以“龙”飞船在这三次任务中为“国际空间站”投送的给养，其实是非常有限的。美国东部时间2013年3月1日15时10分，最后一枚v1.0版猎鹰9号送“龙”飞船升空，新的v1.1版火箭要登场了。
相比v1.0版，v1.1版进行了多项修改。其最大的升级，莫过于采用9台经过大幅度改进的“梅林”1D发动机，第一级起飞推力提高约16%。此外，v1.1在箭体设计上也进行了重大调整，减重措施彻底而且极端，干质比大幅度提高。9月，加拿大太空局的CASSIOPE卫星由猎鹰9号发射升空，这也是v1.1版火箭的首次任务，卫星发射质量500千克。
随着新运载火箭的可靠性得到验证，2013年的12月3日，SpaceX迎来了首次真正意义上的重要商业发射，也是首次同步转移轨道任务——发射SES-8通信卫星。SES-8属于世界第二大通信卫星运营商、卢森堡的欧洲卫星公司，发射质量3170千克，共携带33路Ku频段转发器。卫星发射取得圆满成功，表明SpaceX在国际卫星发射市场上终于占据了一席之地。
在整个2014年，猎鹰9号完成了6次發射任务，同步转移轨道和低地球轨道任务各半。其中1月6日将泰国通信卫星公司的泰国通信6号卫星发射入轨。该卫星基于美国轨道科学公司的STAR-2平台研制，重3325千克，功率3.8千瓦，配备18路C频段和8路Ku频段转发器。8月5日和9月7日，分别将亚洲卫星公司的亚星8号和亚星6号发射入轨。两颗卫星均基于美国劳拉空间系统公司的LS-1300LL平台，分别重4535千克和4428千克。
2014年，“龙”飞船也分别于4月18日和9月21日两次发射，为“国际空间站”送去补给。全年任务均获成功，证明v1.1版猎鹰9号已非常可靠。 纵观整个SpaceX的发展史，通过炒作各类概念吸引眼球、吸引投资，同时争取NASA为抗衡联合发射联盟的垄断而明里暗里“放水”，是维系其生死存亡的关键，更是推动其冲破重重阻碍前行至今的根本。从最初猎鹰1号克服三连炸等挫折，实现首枚由中小型私营企业主导的运载火箭成功入轨，到通过概念推广拿下NASA的太空物流合同并成功发射猎鹰9号，这家公司吸引了一大批来自社会各个层面的非专业支持者，也推动SpaceX的影响力节节攀升。但这也决定了SpaceX若想继续扩大其影响力，就必须持之以恒地不断推出新概念，吸引支持者眼球，使其持续“兴奋”。
猎鹰9号和“龙”飞船成功了。SpaceX和马斯克若想更进一步，那么只靠遥不可及的殖民火星是远远不够的。正确的方向只有一个，那即是可复用航天运载器项目。
可复用的航天运载器
航天运载器可重复使用，一直是航天界最主要的畅想之一，却长期一直没有真正实现。
航天发射价格高昂的最主要原因，就是天地往返平台的“一次性”特性。火箭整体结构实际上相当脆弱，且受制于现有技术和基础理论，那些耗费巨额资金建造起来的运载火箭，其真正的有效载荷只有一点点——通常不超过全箭起飞总质量的2%。而其余的98%不是燃烧成气体，就是烧毁在大气层中，或者最后化为残骸坠地。
1969年，美国国家航空航天局曾绘制出可复用载人航天器的蓝图。那就是著名的航天飞机。1981年4月12日，第一架航天飞机“哥伦比亚”号成功发射，与其驾驶者宇航员约翰·杨和克里平共同揭开了人类航天史上新的一页。航天飞机虽然名为“飞机”，但其实无法像飞机一样水平起飞。在发射时，它需要被固定在一个巨大的燃料罐上，同时由两枚可复用的固体燃料火箭助一臂之力。在起飞阶段，轨道器与火箭的组合体重约2040吨，起飞总推力达28000千牛。轨道器自重68吨，能装运36吨重的货物，大体上与一架DC—9客机的大小相仿。最多可载8名宇航员，根据成员数量，在轨时间可达7至30天。按照设计，轨道器可重复使用100次，但实际上从未达到。航天飞机集火箭和飞机的多项技术特点于一身。其发射时和火箭一样垂直升空，在完成在轨任务再入大气层以后，又像飞机那样滑翔着陆。
然而航天飞机的初始意图——可重复使用——却没有真正实现。虽然每个轨道器都重复飞行了多次，但维护费用并没有降下来，实际上导致了比一次性火箭更高的使用成本。
首先，航天飞机轨道器和助推火箭虽理论上可重复使用百次，但在再入大气层经历过高温和剧烈震动后，必须对机身进行逐寸检查。为了保障航天飞机能够安然渡过灼热的减速过程，机腹和机身、机翼前缘覆盖了大量隔热瓦。这种特殊的绝热材料不但先进、昂贵，还容易破损，每次都要更换一些。其次，航天飞机为了实现轨道器复用，入轨死重很大，运载比并不高。“哥伦比亚”号事故后，为了提高安全性，低轨道运力进一步下调、被限制在20余吨。
与机身的麻烦相比，航天飞机主发动机RS-25液氧＼液氢火箭可靠稳定。可能在今后的航天任务中继续使用。
航天飞机被设计可在2000千米以下圆形轨道上工作，也可进行同步转移轨道飞行。但由于使用成本和远远高于预期的出勤周期，美方并未让其执行过后一种任务。成本加上使用周期的雙重问题，导致其最终无法和原计划的那样淘汰运载火箭。最终，因为两次灾难性事故和成本高昂等原因，在远远没有达到“复用100次”指标的情况下，提前退役。
通过航天飞机的悲催生涯，人们很容易就能看出问题的实质：想要实现航天运载器的重复使用，高速再入大气层是最大的瓶颈。一旦运载器获得了足够的速度冲出了大气层，在以第一宇宙速度再入大气层的过程中，就必然要经历曾经让“哥伦比亚”号空中解体的高温、冲击和震动。另一方面，要尽量降低为了实现复用而付出的运力损失代价，否则，在经济上，复用是得不偿失的。
那么马斯克打算去怎么解决呢？SpaceX的答案是——不去解决，绕过问题。不考虑已经入轨的航天运载器的回收问题，只回收速度较慢的第一级。所以，下一个问题就是：怎么回收火箭的第一级？这种回收复用在经济上划算、可行么？
SpaceX的火箭回收之梦
早在上世纪80年代末，苏联就曾设想过多重可复用的火箭系统。其中最令人印象深刻的，是以“能源”号超级火箭为母型研制的ГК-175可回收式重型运载火箭。其配备了可独立飞行滑翔降落的助推器组件。在火箭发射以后，全部助推器将在空中展开机翼，以滑翔的方式着陆返厂。
这种手段听起来很美，但存在着相当大的技术风险。因此人们退而求其次，自上世纪70年代末起构想可部分回收火箭系统。部分回收火箭只有发动机部分需回收。在完成任务后，发动机部分从箭体上分离、气动减速，下降到一定高度后展开降落伞。这时，将会有一架安装了天钩回收系统的飞机从其上方掠过，钩住降落伞将其收回。整个回收过程很类似飞船返回舱的回收。
而SpaceX所采取的，是另外一套思路。
滑翔回收方式的系统复杂且风险很大。天钩模式虽然较为可靠，但也需要一套独立的分离、开伞系统。且部分回收复用的方案，根本不可能兑现马斯克“发射成本降低90%”的豪言壮语。
既然火箭可以站着起飞，那么能不能站着回到地上呢。在猎鹰9号火箭的一子级完成任务后，它将进入动力减速/回收弹道，打开一子级上部的栅格气动控制翼面，调整姿态、尾部向前，断续启动一台或者多台发动机减速。或调头返航、返回发射场，或沿溅落弹道的方向、飞向预设的回收场地。在抵达着陆区后，发动机再次启动、把一子级的降到很低的速度，打开着陆支架、对准着陆靶标，缓慢着陆。
为了验证这样的想法，SpaceX研制了一枚名为“蚱蜢”的火箭试验器。
“蚱蜢”项目始于2011年末，其大致模拟猎鹰9号第一级的尺寸、采用“梅林”1C发动机，并装有一套固定式的轻合金支撑脚。自2012年9月21日至2013年10月7日，“蚱蜢”共进行了8次发射试验。滞空时间从3秒逐渐增加至79秒，飞行高度从1.8米延伸至744米。该项目旨在研究不同环境和气流下，火箭的垂直姿态控制。 在“蚱蜢”项目取得第一阶段成功以后，项目即进入到F9R Dev1飞行测试阶段。所谓的“F9R Dev1”，是“猎鹰9号可复用发展飞行器”的意思，基本上模仿v1.1版猎鹰9号的第一级，采用相同的箭体和燃料与“梅林”1D发动机，安装了可收放式的着陆支撑架，并在箭体顶部安装4片可控气动格栅用于姿态调整。
从2014年4月17日到8月22日，F9R Dev1共进行了5次飞行试验。飞行高度最大达到1000米。试验型全面测试了可收放式支撑腿的动作机构，并对气动格栅的控制效率进行了评估。不过，在第五次试验时，F9R Dev1意外爆炸损毁。
SpaceX原本计划制造F9R Dev2进一步进行测试评估。不过该项目最后被放弃。下一步就是把这个回收系统安装到猎鹰9号上，计划利用每次发射任务来进行实箭测试。
垂直回收之路
从2015年开始，SpaceX开始使用实际执行任务的火箭，来继续推进其第一级火箭回收项目。从此之后，4支可展开的机械支撑腿以及第一级顶部可张开的气动格栅，成为了猎鹰9号的标配。与“蚱蜢”火箭与F9R Dev1上的测试相比，这是货真价实的实际运用环境。然而如果所有新技术试验项目一样，火箭回收的初期并不是很顺利。
2015年1月10日，回收项目首次实箭测试。当天，在完成了CRS-5第一阶段飞行任务后，火箭的第一级火箭顺利与上面级分离，并按照程序设定落向大西洋上一艘由驳船改装的着陆平台。虽然准确地“命中目标”，但由于下降速度过快，导致火箭狠狠地砸在在甲板上，猛烈爆炸。
一个月后的2月12日，又一枚v1.1版猎鹰9号在完成为美国国家海洋和大气管理局发射“深空气候观测站”卫星发射的任务后，由于当日海上风浪突变，驳船被迫撤回。火箭第一级虽然在海面上成功实现了减速，但无处可落，最终也只能栽在大西洋里。
又过了2个月，4月14日，SpaceX履约执行CRS-6发射任务。一级火箭成功和着陆驳船实现了交汇，并顺利减速。但由于箭体触及甲班时横向速度过大，未能立足于其上。在箭体倾覆后，再度上演了爆炸起火的戏码。
2015年6月28日，SpaceX借用新一期发射“龙”飞船的机会，但是火箭在发射时爆炸，没有给人们尝试垂直回收的机会。
连续失利，让一部分支持者感到沮丧。但马斯克本人却毫不动摇。2015年12月22日，SpaceX公司再战火箭回收。和之前有所不同的是，这次发射的轨道通信公司新一代星座都是小卫星（共11枚，总重1892千克），火箭剩余运能充沛，可以预留足够的燃料、选择风险较小的返场回收弹道。
为提高成功率，这一次不打算着陆在海上平台，而是返回原发射场着陆，降低任务难度以谋求突破。本次用于执行回收测试的，是猎鹰9号系列中最新的“全推力”版（Falcon 9 full thrust，即FT型）。与v1.1版相比，其全箭长度达到了70米，长径比超过了19，质量则增加到了549.054吨，比505.846吨的v1.1版重了大约8%。此外，其发动机在“梅林”1D上进行了调整和优化，故其起飞推力号称可达7607千牛，比v1.1版多了大约20%。
在发射前，整个团队认真检讨了之前所犯过的错误并考虑对策，然后认真检查了火箭的每个环节，对尚不妥善的发动机和火箭的分离系统进行了修改，甚至专门调整了燃料的配比。
该次发射任务多次推遲，最终在当地时间2015年12月21日20时29分，于卡纳维拉尔角发射升空。
火箭第一级，在发射数分钟后顺利地与上面级分离。随后其按照程序开始调姿转向，向着卡纳维拉尔角上空返航。当晚20点38分，在SpaceX全体员工以及全球数十万支持者的期盼中，火箭第一级成功在发射场边的着陆区实现了自主式垂直降落降落。在当天的直播视频中，笔者听到了持久而澎湃的欢呼声。
实现第一级的返场垂直回收，只是SpaceX整个复用式航天器计划的1/3任务。与海上回收方式相比，返场回收的代价过大。由于SpaceX至今不曾公布其火箭与回收系统的明确技术参数，只能搜集现有的概略数据进行量化分析。
以目前的猎鹰9号，要实现一子级垂直返场（类似2015年12月23日实现的返场回收模式），需要预留15.29%～17.11%的推进剂量。折算下来，其运载能力损失在52.6%～56.76%之间。若选择海上回收，则仅需要预留6.82%的推进剂量。折算其运载能力损失为28.9%。但是12月21日的成功证明了整个回收技术和流程是可行的，这激励了团队，也使全世界的支持者信心百倍。
2016年1月17日，最后一枚v1.1版猎鹰9号火箭搭载着Jason-3海洋观察卫星，从加利福尼亚州范登堡空军基地发射升空。回收中，第一级成功减速，在海上平台上实现软着陆，但有一根着陆支架未能锁定，箭体倾覆爆炸。
一个半月以后的3月4日，SpaceX公司迎来其自创建以来的最重要一次“考试”——SES-9任务。SES-9是一枚大型通信卫星，基于波音公司702HP平台建造，额定功率12.7kw、搭载多达57路功率Ku频段转发器。该卫星重达5271千克，是迄今为止SpaceX接到的GTO发射合同中最重、也是最贵的一单。如果顺利入轨，则意味公司从此获得了在航天发射市场内的正式会员资格。反之，马斯克很可能将会把此前辛苦数年换来的一切统统赔进去。所以，只要发射成功，即可万事大吉。
该任务接近了猎鹰9FT的运力极限。为了最大限度压榨F9FT的潜力、提高运力，首次采用了燃料深冷加注技术，把液氧的温度降低到沸点以下几十度，使之密度增大、可以多加注一些燃料。
发射计划原本定在2月末，但连续 4次或因为天候、系统自检问题以及船舶误入降落区等缘故而推迟。特别是2月28日，火箭由于等待误入降落区的船只离开而延期35分钟发射，导致点火时箭体内液氧贮箱温度升高产生气泡，继而引发推力不足问题。检测到故障的火箭控制系统紧急终止了发射程序，所幸星箭平安，未酿成大祸。 3月2日，“罚站”近一周的火箭被从发射台卸下，送入就近的车间进行应急维护。尽管存在相当大的风险，但SpaceX已是骑虎难下。因为发射合同将面临延期违约的风险。而一再的意外，也可能重挫支持者乃至投资人的信心。故马斯克拍板，3月4日必须发射。在马斯克的职业生涯中，这类近似赌博的情况已经有过多次。2008年8月的那次，SpaceX距离破产仅一步之遥。好在NASA及时投下了十几亿的合同。而这一次，马斯克又博对了！
美国东部时间2016年3月4日夜里23点35分，搭载着SES-9的猎鹰9号FT在卡纳维拉尔角发射场40号工位腾空而起。火箭起飞约4分钟后，第一级完成任务，在分离后调整姿态准备降落。而上面级则携带SES-9卫星继续向着地球同步转移轨道爬升。
这一次的回收试验充分汲取了之前的教训，加之当天天气条件非常良好，所以箭台交会非常成功。在校准位置后，火箭开始启动发动机截流功能缓缓向着平台落下。首次成功实现海上平台降落在此一举。突然，发动机似乎出现了熄火的迹象！正稳定下降的火箭第一级立刻失去动力，从数百米高度笔直落下，重重砸在了着陆平台上。
从次日平台返港的照片中，我们可以看到平台上遍布火箭第一级残骸，火箭第一级的状态堪称“粉碎”。而着陆平台的一角，也被坠落的火箭第一级砸出了个大洞。但与前几次的失败相比，本次在平台上留下的烧灼痕迹异常之少。这说明失败的根本原因在于本次任务已经逼近F9FT的运力极限，预留燃料不足，动力减速过程非常勉强。
SpaceX拿到了世界航天发射市场的正式入场券，成为了“列强”之一。无论ULA有多强大，都无法再从市场角度对其加以遏制。然而这次胜利终究并不完美，因为海上回收亦然未能成功。好在，胜利的曙光已经浮现在了天际。
能否改写历史
2016年4月8日猎鹰9号的成功，使得历时达4年半之久的SpaceX公司可复用航天运载器计划终于看到光明的未来。
欢呼和祝贺的声音，冲破国界的阻碍，从四面八方涌向马斯克。而SpaceX最大的对手，那个曾经在美国国内呼风唤雨，完全垄断着市场的联合发射联盟公司，正在承受著巨大的压力——自乌克兰危机爆发以来，从俄罗斯进口RD-180发动机的合同受到国会的严厉指责，屡次有议员提出停止进口。而这就意味着联合发射联盟公司两大主力火箭之一的宇宙神5号无法使用，整个公司的航天发射业务将会瘫痪一半。
而埃隆·马斯克似乎站在了他人生新的高点之上。廉价航天的时代是否就此开始？而SpaceX在此之后，又有何雄心壮志？是否能够改写历史？且看下回分解。（未完待续）
2015年12月22日，SpaceX已成功实现了火箭第一级的陆上回收。这次海上回收的成功，意味着该公司已经实现2012年启动的火箭第一级垂直回收研发项目第一阶段的所有预定目标。
消息传来，引发了一定规模的轰动效应。甚至很多此前不关注航天的群体也受其感染，开始加入到对SpaceX的赞誉中。在美国媒体口中，这家公司俨然成为了人类航天的希望之星。
然而专业人士必须认真考虑实际的数值。这家公司是否真如埃隆·马斯克所言，将可以把单次发射成本降至600万美元？借着这一成功，未来的低成本航天将走向何方？更为重要的是，该公司计划在2016年下半年首次发射的超级火箭“重型猎鹰”，将引领这家美国航天界的明星公司走向何方？这些，想必是任何一个真正关心航天的人都非常有兴趣了解的。
渐入佳境的猎鹰9号
猎鹰9号是一款在大量采用低风险成熟技术的同时，大胆启用新材料、新工艺，最终实现较为优异性能，且成本控制出色的“经济适用性”火箭。
2010年6月4日，首枚v1.0版猎鹰9号携带“龙”飞船模拟舱，在卡纳维拉尔角发射升空，并成功进入近地轨道。2010年12月8日，第一艘正样“龙”飞船搭载猎鹰9号顺利升空，环绕地球飞行两圈后成功再入，降落在墨西哥海岸线外约800千米处。
此后的一年半里，SpaceX针对从v1.0版猎鹰9和“龙”试飞中发现的问题，采取了针对性的解决方案。根据公司官方说法，自启动猎鹰1项目至猎鹰9首射成功，公司在运载工具方面投入的研发成本大约在3.9亿美元规模。也就在此期间，SpaceX同时提出了引来无数目光的火箭垂直回收项目。
2011年4月，SpaceX正式启动了其基于甲烷、液氧燃料的“猛禽”（Raptor）发动机。最初该项目仅由一支不满10人的小团队负责，以低优先级进行推进。但在2011年晚些时候，马斯克在接受采访时发出豪言壮语，希望能够在10-20年内将人类送上火星表面。2012年初，SpaceX明显加强了“猛禽”研发团队的规模，优先级显著提升。与之相关的各类宏伟构想也接踵而至，其中包括“火星殖民地运输器”三级火箭，它的芯级直径10米，一级并联27台“猛禽”。而马斯克更是在当年年底表示，正在构想一个有数万定居者的火星殖民地，首批殖民者将在本世纪20年代抵达，他将作为首位踏上火星的地球人，第一个把脚印留在这颗红色星球上。
这些豪言壮语有真有假。首先，SpaceX确实有研发甲烷、液氧发动机的计划。毕竟“梅林”1发动机的潜力已经被开发到极限，妨碍了SpaceX业务的进一步发展，所以研制新一代发动机势在必行。但10米芯级超级火箭、火星殖民地以及马斯克亲自登上火星，都是短期内看不到的事情。即便马斯克自己是认真的，SpaceX的股东们也不会轻易支持。然而，马斯克借助这些吸引眼球的说辞，一直保持在舆论的风口浪尖上，在公众和投资者的视野中闪亮着。
2012年5月22日，第一艘正式执行货运任务的“龙”飞船装载着总重525千克的食物、饮用水、衣物、电脑硬件及其他设备，在卡纳维拉尔角空军基地40号工位，被猎鹰9号以51.6°倾角发射升空。当天晚些时候，“国际空间站”的机械臂顺利捕捉到飞船，并实现了成功靠泊。任务获得了圆满成功。
当年10月8日和11月1日，SpaceX又两次使用v1.0版猎鹰9火箭将“龙”飞船送入轨道，为国际空间站运去给养。10月8日发射的次要任务因火箭发动机未能再次点火而失败，未能将“轨道通信”近地轨道通信卫星送入预定轨道，但货运任务圆满成功。
连续三次货运飞船发射任务的成功，一洗SpaceX当年在猎鹰1号项目上的晦气。使其逐渐被业界和社会舆论所瞩目。但猎鹰9号的v1.0版毕竟只是一种过渡型火箭。其载荷不足以支持重型设备进入轨道。所以“龙”飞船在这三次任务中为“国际空间站”投送的给养，其实是非常有限的。美国东部时间2013年3月1日15时10分，最后一枚v1.0版猎鹰9号送“龙”飞船升空，新的v1.1版火箭要登场了。
相比v1.0版，v1.1版进行了多项修改。其最大的升级，莫过于采用9台经过大幅度改进的“梅林”1D发动机，第一级起飞推力提高约16%。此外，v1.1在箭体设计上也进行了重大调整，减重措施彻底而且极端，干质比大幅度提高。9月，加拿大太空局的CASSIOPE卫星由猎鹰9号发射升空，这也是v1.1版火箭的首次任务，卫星发射质量500千克。
随着新运载火箭的可靠性得到验证，2013年的12月3日，SpaceX迎来了首次真正意义上的重要商业发射，也是首次同步转移轨道任务——发射SES-8通信卫星。SES-8属于世界第二大通信卫星运营商、卢森堡的欧洲卫星公司，发射质量3170千克，共携带33路Ku频段转发器。卫星发射取得圆满成功，表明SpaceX在国际卫星发射市场上终于占据了一席之地。
在整个2014年，猎鹰9号完成了6次發射任务，同步转移轨道和低地球轨道任务各半。其中1月6日将泰国通信卫星公司的泰国通信6号卫星发射入轨。该卫星基于美国轨道科学公司的STAR-2平台研制，重3325千克，功率3.8千瓦，配备18路C频段和8路Ku频段转发器。8月5日和9月7日，分别将亚洲卫星公司的亚星8号和亚星6号发射入轨。两颗卫星均基于美国劳拉空间系统公司的LS-1300LL平台，分别重4535千克和4428千克。
2014年，“龙”飞船也分别于4月18日和9月21日两次发射，为“国际空间站”送去补给。全年任务均获成功，证明v1.1版猎鹰9号已非常可靠。 纵观整个SpaceX的发展史，通过炒作各类概念吸引眼球、吸引投资，同时争取NASA为抗衡联合发射联盟的垄断而明里暗里“放水”，是维系其生死存亡的关键，更是推动其冲破重重阻碍前行至今的根本。从最初猎鹰1号克服三连炸等挫折，实现首枚由中小型私营企业主导的运载火箭成功入轨，到通过概念推广拿下NASA的太空物流合同并成功发射猎鹰9号，这家公司吸引了一大批来自社会各个层面的非专业支持者，也推动SpaceX的影响力节节攀升。但这也决定了SpaceX若想继续扩大其影响力，就必须持之以恒地不断推出新概念，吸引支持者眼球，使其持续“兴奋”。
猎鹰9号和“龙”飞船成功了。SpaceX和马斯克若想更进一步，那么只靠遥不可及的殖民火星是远远不够的。正确的方向只有一个，那即是可复用航天运载器项目。
可复用的航天运载器
航天运载器可重复使用，一直是航天界最主要的畅想之一，却长期一直没有真正实现。
航天发射价格高昂的最主要原因，就是天地往返平台的“一次性”特性。火箭整体结构实际上相当脆弱，且受制于现有技术和基础理论，那些耗费巨额资金建造起来的运载火箭，其真正的有效载荷只有一点点——通常不超过全箭起飞总质量的2%。而其余的98%不是燃烧成气体，就是烧毁在大气层中，或者最后化为残骸坠地。
1969年，美国国家航空航天局曾绘制出可复用载人航天器的蓝图。那就是著名的航天飞机。1981年4月12日，第一架航天飞机“哥伦比亚”号成功发射，与其驾驶者宇航员约翰·杨和克里平共同揭开了人类航天史上新的一页。航天飞机虽然名为“飞机”，但其实无法像飞机一样水平起飞。在发射时，它需要被固定在一个巨大的燃料罐上，同时由两枚可复用的固体燃料火箭助一臂之力。在起飞阶段，轨道器与火箭的组合体重约2040吨，起飞总推力达28000千牛。轨道器自重68吨，能装运36吨重的货物，大体上与一架DC—9客机的大小相仿。最多可载8名宇航员，根据成员数量，在轨时间可达7至30天。按照设计，轨道器可重复使用100次，但实际上从未达到。航天飞机集火箭和飞机的多项技术特点于一身。其发射时和火箭一样垂直升空，在完成在轨任务再入大气层以后，又像飞机那样滑翔着陆。
然而航天飞机的初始意图——可重复使用——却没有真正实现。虽然每个轨道器都重复飞行了多次，但维护费用并没有降下来，实际上导致了比一次性火箭更高的使用成本。
首先，航天飞机轨道器和助推火箭虽理论上可重复使用百次，但在再入大气层经历过高温和剧烈震动后，必须对机身进行逐寸检查。为了保障航天飞机能够安然渡过灼热的减速过程，机腹和机身、机翼前缘覆盖了大量隔热瓦。这种特殊的绝热材料不但先进、昂贵，还容易破损，每次都要更换一些。其次，航天飞机为了实现轨道器复用，入轨死重很大，运载比并不高。“哥伦比亚”号事故后，为了提高安全性，低轨道运力进一步下调、被限制在20余吨。
与机身的麻烦相比，航天飞机主发动机RS-25液氧＼液氢火箭可靠稳定。可能在今后的航天任务中继续使用。
航天飞机被设计可在2000千米以下圆形轨道上工作，也可进行同步转移轨道飞行。但由于使用成本和远远高于预期的出勤周期，美方并未让其执行过后一种任务。成本加上使用周期的雙重问题，导致其最终无法和原计划的那样淘汰运载火箭。最终，因为两次灾难性事故和成本高昂等原因，在远远没有达到“复用100次”指标的情况下，提前退役。
通过航天飞机的悲催生涯，人们很容易就能看出问题的实质：想要实现航天运载器的重复使用，高速再入大气层是最大的瓶颈。一旦运载器获得了足够的速度冲出了大气层，在以第一宇宙速度再入大气层的过程中，就必然要经历曾经让“哥伦比亚”号空中解体的高温、冲击和震动。另一方面，要尽量降低为了实现复用而付出的运力损失代价，否则，在经济上，复用是得不偿失的。
那么马斯克打算去怎么解决呢？SpaceX的答案是——不去解决，绕过问题。不考虑已经入轨的航天运载器的回收问题，只回收速度较慢的第一级。所以，下一个问题就是：怎么回收火箭的第一级？这种回收复用在经济上划算、可行么？
SpaceX的火箭回收之梦
早在上世纪80年代末，苏联就曾设想过多重可复用的火箭系统。其中最令人印象深刻的，是以“能源”号超级火箭为母型研制的ГК-175可回收式重型运载火箭。其配备了可独立飞行滑翔降落的助推器组件。在火箭发射以后，全部助推器将在空中展开机翼，以滑翔的方式着陆返厂。
这种手段听起来很美，但存在着相当大的技术风险。因此人们退而求其次，自上世纪70年代末起构想可部分回收火箭系统。部分回收火箭只有发动机部分需回收。在完成任务后，发动机部分从箭体上分离、气动减速，下降到一定高度后展开降落伞。这时，将会有一架安装了天钩回收系统的飞机从其上方掠过，钩住降落伞将其收回。整个回收过程很类似飞船返回舱的回收。
而SpaceX所采取的，是另外一套思路。
滑翔回收方式的系统复杂且风险很大。天钩模式虽然较为可靠，但也需要一套独立的分离、开伞系统。且部分回收复用的方案，根本不可能兑现马斯克“发射成本降低90%”的豪言壮语。
既然火箭可以站着起飞，那么能不能站着回到地上呢。在猎鹰9号火箭的一子级完成任务后，它将进入动力减速/回收弹道，打开一子级上部的栅格气动控制翼面，调整姿态、尾部向前，断续启动一台或者多台发动机减速。或调头返航、返回发射场，或沿溅落弹道的方向、飞向预设的回收场地。在抵达着陆区后，发动机再次启动、把一子级的降到很低的速度，打开着陆支架、对准着陆靶标，缓慢着陆。
为了验证这样的想法，SpaceX研制了一枚名为“蚱蜢”的火箭试验器。
“蚱蜢”项目始于2011年末，其大致模拟猎鹰9号第一级的尺寸、采用“梅林”1C发动机，并装有一套固定式的轻合金支撑脚。自2012年9月21日至2013年10月7日，“蚱蜢”共进行了8次发射试验。滞空时间从3秒逐渐增加至79秒，飞行高度从1.8米延伸至744米。该项目旨在研究不同环境和气流下，火箭的垂直姿态控制。 在“蚱蜢”项目取得第一阶段成功以后，项目即进入到F9R Dev1飞行测试阶段。所谓的“F9R Dev1”，是“猎鹰9号可复用发展飞行器”的意思，基本上模仿v1.1版猎鹰9号的第一级，采用相同的箭体和燃料与“梅林”1D发动机，安装了可收放式的着陆支撑架，并在箭体顶部安装4片可控气动格栅用于姿态调整。
从2014年4月17日到8月22日，F9R Dev1共进行了5次飞行试验。飞行高度最大达到1000米。试验型全面测试了可收放式支撑腿的动作机构，并对气动格栅的控制效率进行了评估。不过，在第五次试验时，F9R Dev1意外爆炸损毁。
SpaceX原本计划制造F9R Dev2进一步进行测试评估。不过该项目最后被放弃。下一步就是把这个回收系统安装到猎鹰9号上，计划利用每次发射任务来进行实箭测试。
垂直回收之路
从2015年开始，SpaceX开始使用实际执行任务的火箭，来继续推进其第一级火箭回收项目。从此之后，4支可展开的机械支撑腿以及第一级顶部可张开的气动格栅，成为了猎鹰9号的标配。与“蚱蜢”火箭与F9R Dev1上的测试相比，这是货真价实的实际运用环境。然而如果所有新技术试验项目一样，火箭回收的初期并不是很顺利。
2015年1月10日，回收项目首次实箭测试。当天，在完成了CRS-5第一阶段飞行任务后，火箭的第一级火箭顺利与上面级分离，并按照程序设定落向大西洋上一艘由驳船改装的着陆平台。虽然准确地“命中目标”，但由于下降速度过快，导致火箭狠狠地砸在在甲板上，猛烈爆炸。
一个月后的2月12日，又一枚v1.1版猎鹰9号在完成为美国国家海洋和大气管理局发射“深空气候观测站”卫星发射的任务后，由于当日海上风浪突变，驳船被迫撤回。火箭第一级虽然在海面上成功实现了减速，但无处可落，最终也只能栽在大西洋里。
又过了2个月，4月14日，SpaceX履约执行CRS-6发射任务。一级火箭成功和着陆驳船实现了交汇，并顺利减速。但由于箭体触及甲班时横向速度过大，未能立足于其上。在箭体倾覆后，再度上演了爆炸起火的戏码。
2015年6月28日，SpaceX借用新一期发射“龙”飞船的机会，但是火箭在发射时爆炸，没有给人们尝试垂直回收的机会。
连续失利，让一部分支持者感到沮丧。但马斯克本人却毫不动摇。2015年12月22日，SpaceX公司再战火箭回收。和之前有所不同的是，这次发射的轨道通信公司新一代星座都是小卫星（共11枚，总重1892千克），火箭剩余运能充沛，可以预留足够的燃料、选择风险较小的返场回收弹道。
为提高成功率，这一次不打算着陆在海上平台，而是返回原发射场着陆，降低任务难度以谋求突破。本次用于执行回收测试的，是猎鹰9号系列中最新的“全推力”版（Falcon 9 full thrust，即FT型）。与v1.1版相比，其全箭长度达到了70米，长径比超过了19，质量则增加到了549.054吨，比505.846吨的v1.1版重了大约8%。此外，其发动机在“梅林”1D上进行了调整和优化，故其起飞推力号称可达7607千牛，比v1.1版多了大约20%。
在发射前，整个团队认真检讨了之前所犯过的错误并考虑对策，然后认真检查了火箭的每个环节，对尚不妥善的发动机和火箭的分离系统进行了修改，甚至专门调整了燃料的配比。
该次发射任务多次推遲，最终在当地时间2015年12月21日20时29分，于卡纳维拉尔角发射升空。
火箭第一级，在发射数分钟后顺利地与上面级分离。随后其按照程序开始调姿转向，向着卡纳维拉尔角上空返航。当晚20点38分，在SpaceX全体员工以及全球数十万支持者的期盼中，火箭第一级成功在发射场边的着陆区实现了自主式垂直降落降落。在当天的直播视频中，笔者听到了持久而澎湃的欢呼声。
实现第一级的返场垂直回收，只是SpaceX整个复用式航天器计划的1/3任务。与海上回收方式相比，返场回收的代价过大。由于SpaceX至今不曾公布其火箭与回收系统的明确技术参数，只能搜集现有的概略数据进行量化分析。
以目前的猎鹰9号，要实现一子级垂直返场（类似2015年12月23日实现的返场回收模式），需要预留15.29%～17.11%的推进剂量。折算下来，其运载能力损失在52.6%～56.76%之间。若选择海上回收，则仅需要预留6.82%的推进剂量。折算其运载能力损失为28.9%。但是12月21日的成功证明了整个回收技术和流程是可行的，这激励了团队，也使全世界的支持者信心百倍。
2016年1月17日，最后一枚v1.1版猎鹰9号火箭搭载着Jason-3海洋观察卫星，从加利福尼亚州范登堡空军基地发射升空。回收中，第一级成功减速，在海上平台上实现软着陆，但有一根着陆支架未能锁定，箭体倾覆爆炸。
一个半月以后的3月4日，SpaceX公司迎来其自创建以来的最重要一次“考试”——SES-9任务。SES-9是一枚大型通信卫星，基于波音公司702HP平台建造，额定功率12.7kw、搭载多达57路功率Ku频段转发器。该卫星重达5271千克，是迄今为止SpaceX接到的GTO发射合同中最重、也是最贵的一单。如果顺利入轨，则意味公司从此获得了在航天发射市场内的正式会员资格。反之，马斯克很可能将会把此前辛苦数年换来的一切统统赔进去。所以，只要发射成功，即可万事大吉。
该任务接近了猎鹰9FT的运力极限。为了最大限度压榨F9FT的潜力、提高运力，首次采用了燃料深冷加注技术，把液氧的温度降低到沸点以下几十度，使之密度增大、可以多加注一些燃料。
发射计划原本定在2月末，但连续 4次或因为天候、系统自检问题以及船舶误入降落区等缘故而推迟。特别是2月28日，火箭由于等待误入降落区的船只离开而延期35分钟发射，导致点火时箭体内液氧贮箱温度升高产生气泡，继而引发推力不足问题。检测到故障的火箭控制系统紧急终止了发射程序，所幸星箭平安，未酿成大祸。 3月2日，“罚站”近一周的火箭被从发射台卸下，送入就近的车间进行应急维护。尽管存在相当大的风险，但SpaceX已是骑虎难下。因为发射合同将面临延期违约的风险。而一再的意外，也可能重挫支持者乃至投资人的信心。故马斯克拍板，3月4日必须发射。在马斯克的职业生涯中，这类近似赌博的情况已经有过多次。2008年8月的那次，SpaceX距离破产仅一步之遥。好在NASA及时投下了十几亿的合同。而这一次，马斯克又博对了！
美国东部时间2016年3月4日夜里23点35分，搭载着SES-9的猎鹰9号FT在卡纳维拉尔角发射场40号工位腾空而起。火箭起飞约4分钟后，第一级完成任务，在分离后调整姿态准备降落。而上面级则携带SES-9卫星继续向着地球同步转移轨道爬升。
这一次的回收试验充分汲取了之前的教训，加之当天天气条件非常良好，所以箭台交会非常成功。在校准位置后，火箭开始启动发动机截流功能缓缓向着平台落下。首次成功实现海上平台降落在此一举。突然，发动机似乎出现了熄火的迹象！正稳定下降的火箭第一级立刻失去动力，从数百米高度笔直落下，重重砸在了着陆平台上。
从次日平台返港的照片中，我们可以看到平台上遍布火箭第一级残骸，火箭第一级的状态堪称“粉碎”。而着陆平台的一角，也被坠落的火箭第一级砸出了个大洞。但与前几次的失败相比，本次在平台上留下的烧灼痕迹异常之少。这说明失败的根本原因在于本次任务已经逼近F9FT的运力极限，预留燃料不足，动力减速过程非常勉强。
SpaceX拿到了世界航天发射市场的正式入场券，成为了“列强”之一。无论ULA有多强大，都无法再从市场角度对其加以遏制。然而这次胜利终究并不完美，因为海上回收亦然未能成功。好在，胜利的曙光已经浮现在了天际。
能否改写历史
2016年4月8日猎鹰9号的成功，使得历时达4年半之久的SpaceX公司可复用航天运载器计划终于看到光明的未来。
欢呼和祝贺的声音，冲破国界的阻碍，从四面八方涌向马斯克。而SpaceX最大的对手，那个曾经在美国国内呼风唤雨，完全垄断着市场的联合发射联盟公司，正在承受著巨大的压力——自乌克兰危机爆发以来，从俄罗斯进口RD-180发动机的合同受到国会的严厉指责，屡次有议员提出停止进口。而这就意味着联合发射联盟公司两大主力火箭之一的宇宙神5号无法使用，整个公司的航天发射业务将会瘫痪一半。
而埃隆·马斯克似乎站在了他人生新的高点之上。廉价航天的时代是否就此开始？而SpaceX在此之后，又有何雄心壮志？是否能够改写历史？且看下回分解。（未完待续）