去太空,火箭落伍了

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去太空，火箭落伍了

作者：游丹南

来源：《大科技·科学之谜》2016年第03期

低效的火箭

今天，我们都是通过火箭向太空发射宇宙飞船和探测器的，但火箭是一种去太空的粗暴方法。它指向你想去的方向，然后通过让燃料与氧气发生剧烈的燃烧（其实就是爆炸），向下迅速释放出大量的能量，直到爆炸的力量可推动火箭上升。这就意味着火箭冲向太空的过程中，必须携带足够的燃料连同所需消耗的氧气。

如此多的负重，说明火箭不可能运载太多的货物，而且为了让飞船到达预定的轨道，火箭就要及时抛弃用光的燃料箱。因此，火箭都被设计成多级的，也就是说可以分裂为多个部分，当一个部分的燃料耗尽，火箭就可以及时抛掉它来减轻负重。

这种发射方式显然非常低效，更何况，火箭在发射之后，大部分都会坠毁、燃烧，或者漫无目的地漂浮在太空中，所以我们不能重复利用火箭，这使得太空发射的成本一直居高不下。

火箭vs.飞机

另一个我们往往意识不到的问题是，尽管火箭常常被看作高科技的代表之一，但是火箭并不比能横跨大洋的飞机更复杂。现在，让我们在一架飞机（空中客车A330-200F）和一枚火箭（猎鹰重型火箭）之间做个对比（如图）。

它们的最大载重量是类似的，建造成本的差距可以说并不算太大。但是，一架飞机可以使用数千次，所以成本可以均摊到多次飞行中。

看起来，使用飞机把飞船或探测器送到太空中将会便宜很多。问题是你不能在太空中开飞机。飞机主要靠着机翼而飞行，而机翼能有效地把能量转换为升力：让机翼向着前方移动，就会迫使机翼下空气向下运动，而空气的反作用力可以向上推起机翼，这就是说机翼（和飞机）需要空气来飞行，而太空中却没有空气。

那么，火箭能不能也可以设计得像飞机那样重复利用呢？最近，美国私人太空科技公司SpaceX正在研究可重复使用的火箭推进器（火箭的第一级），来减少每次发射的成本。从本质上讲，他们所做的就是把火箭丢下的部分在余留的燃料助推下，安全地降回到停机坪上。在2015年12月，SpaceX成功地回收了猎鹰9号的第一级火箭。

但是，即使成功地让火箭推进器安全地回到停机坪上，它也需要经过非常昂贵的检查后，才能再次起飞。火箭其实是在飞行和爆炸之间保持着一种微妙的平衡，疏忽大意极有可能导致