火箭垂直回收技术的硬伤

2019年4月12日，马斯克发射了重型猎鹰，实现火箭子一级的全部成功回收（两枚助推器陆上回收，芯一级海上回收），网上一片欢呼之声，马斯克在这一刻似乎爱迪生、乔布斯附体？甚至有些航空航天专业人员也不经思考，跟着起哄，高呼马斯克即将占领全世界商业发射市场云云。

其实，火箭垂直回收技术（即火箭利用发动机垂直下降回收）有三大硬伤：

1.化学火箭固有的低比冲、低运载系数缺陷。化学火箭的比冲一般只有300多秒，运载系数在5%以下，例如猎鹰9的运载系数只有2.6%。比冲=推力/（推进剂质量流量*重力加速度），反映火箭的推力效率，运载系数是有效载荷与火箭总质量之比，反映火箭的运载能力。这些缺陷使得化学火箭注定是一种效率很低的运载工具。

土星5号起飞质量3000吨，近地轨道运载能力119吨，月球轨道运载能力45吨。火箭发动机必须把几千吨燃料抬升到空中，导致运载效率较低。

2.难以实现完全可重复使用，只回收第一级，第二级因为飞出大气层，难以回收，只能抛弃，成本降低有限。火箭越大，扔掉的第二级越值钱（数据来自公开文献）。这也是现在各国大力发展可完全回收的天地往返运载系统的原因。预冷动力、组合动力飞行器由于比冲高，运载系数大，而且可完全重复使用，发射成本将远远低于火箭。

3.垂直回收需预留降落段推进剂以及附加机构，增加死重，火箭运载能力降低15%~50%（数据来自公开文献），大型火箭问题更严重。原本设计近地轨道运载能力100吨或者地月转移轨道运载能力30吨，为了回收第一级，只剩70吨LEO运力和20吨LTO运力，得不偿失。空间站和月球基地建设，所需重型火箭也就几十发，助推器完全可以伞降回收，垂直回收节省的芯一级那点钱不如每次多运几十吨载荷，更快完成建设目标。时间成本有时候反而更重要。

补充：各种运载系统在不同马赫数下的比冲，可见TBCC（涡轮基组合循环动力）、RBCC（火箭基组合循环动力）的比冲远高于火箭。

随着高速磁悬浮技术的进步，电磁发射成为可能。据报道，中国航天科工的羽舟、轻舟火箭将由地面大型电磁弹射系统发射，计划2020年完成电磁发射演示系统建设及原理验证。

航天科工参与研制的真空管磁悬浮高铁，最大速度预计4000km/h。试想如果加大功率，且轨道足够长，就能把RBCC直接加速到冲压发动机的起动速度，而且加速度远小于火箭，有利于降低飞行器的结构质量。这样同时实现高比冲、高运载系数和完全可重复使用，发射成本可能降低至不可回收火箭的1/20以下，而且水平降落后不需要复杂的检修和组装，像飞机一样迅速检修、加注燃料、吊装载荷之后就能再次发射。

那时，一架空天飞机10天发射10次将不再是梦想，人类真正实现廉价进入太空，开启太空经济时代。