原标题：猎鹰9号的发射与回收：背景知识知多少？-搜狐科技
编者按：尽管SpaceX今天和昨天跳票了，尽管2016年1月17日太空探索科技公司（SpaceX）的猎鹰9号一级火箭海上回收不尽如人意，2015年12月21日猎鹰9号火箭进行的第20次发射，实现人类太空轨道运载火箭第一级在陆地的完全可控回收，仍然开创了人类航天历史的新纪元。当时，SpaceX创始人兼首席执行官Elon Musk于发射的前15分钟在SpaceX官方网站上发表了这篇文章，详细介绍了火箭发射与回收的相关背景知识。
太空中很多东西的运作模式都和人类直觉相违背，因为我们所有的直觉都来自日常生活的经验积累，因为我们生活在这片空气厚密、重力稳定、运动相对缓慢的土地上。我们的确看了很多关于太空的电影，但除非你看的是IMAX纪录片，以太空为题材的电影或多或少都会被人类的直觉误导。它们有些只有轻微错误，比如《火星救援》（好电影！），有的则错得离谱，比如《红色星球》（别看这个，你会大伤脑筋的）。
万有引力永远不会消失
需领会的最重要的一点是:万有引力的范围是无尽的。这有时会给人们一种不真实的印象，不过一旦你知道如何想象它就能很容易地理解这个概念了。把太空想象成一个非常光滑（没有摩擦力）、被拉伸的床单，有大小不同的物体散落在上面。每一个物体都会在床单上制造一个大小和它自身质量成比例的漏斗形状，所以一个小东西就会制造一个很小的漏斗而一个巨大的物体则会制造一个巨大的漏斗。
现在，想象把一个弹珠放在那张光滑的床单上——它一定会落入其中一个“漏斗”。任何一个漏斗的浅的区域都能延伸到非常非常浅的地方，并且这个区域没有界限，所以任何有质量的东西都有一个能延伸到宇宙极远处的引力场，包括你！那么问题来了，假设你和你的宠物是宇宙中仅有的物体并且你们之间没有相对运动，即使你们最初相隔了几百万光年，你们最终仍会相撞。这就解释了为什么速度比距离重要的多。因此不存在“逃逸距离”的说法，只有“逃逸速度”。弹珠不掉进漏斗的唯一方式是你让它绕着一个漏斗旋转，就像赌场轮盘上的那颗球一样，这样便会以漏斗中心为基准绕轨道运行。
回到现实中，大多数人对万有引力的印象是，一旦你到达了地球上方的一定海拔，引力（或者说重力）就会消失，这时你开始在“零重力”中漂浮。但是，正如我们刚刚所说，这显然是错误的。引力大小和两物体重心间的距离成反比。当把重力井想象成漏斗的话，就完全说得通了——如果你把弹珠从漏斗中央向外移动2%，它还是会掉入漏斗中，只是会稍微慢一些。
地球是一个从地表到地心平均距离6371千米（3959英里）的稍被压扁的球体。这意味着如果你在一艘盘旋在地球上方100千米的宇宙飞船里，地心引力也只会以距离的平方为比例减小百分之三！这就是为什么你在海拔10到15千米的飞机里或者你在爬山时不会有任何失重的感觉———严格来说你确实稍微变轻了些，但这细微的变化不足以被注意到。
速度（如何在宇宙中漂浮）
那么为什么宇航员能在小于400千米海拔的空间站（地心引力只减小了10%）看似“零重力”般漂浮？这是因为他们其实在以27,000千米每小时（17,000mph）的极快速度绕着地球的“引力漏斗”运转，宇航员每九十分钟就完成一次环球旅行！虽然维持宇航员（明显）圆周运动的向外的加速度一直想把他们扔出地球投到太空深处，这个向外的加速度却正好平衡掉想把他们拉回地球的地心引力所产生的向内的加速度。
动能
几乎所有二级火箭的分级高度都大约为100千米（上下浮动20千米）。因此，一个火箭助推器是好是坏，关键性的性能指标是它能以多快速度将一个多大质量的有效荷载扔出100千米左右。值得注意的是，达到指定速度所需的能量和速度增长的平方成正比。因此，火箭从0km/h加速到到2000km/h所需的能量，是它从0km/h加速到到1000km/h所需能量的四倍，而非两倍。
至于猎鹰9号火箭在助推阶段它能够将一个125公吨的有效载荷加速至8000km/h，然后降落在海上平台，或者将该有效载荷加速至5000km/h然后降落回发射地点。第二种情况下火箭的性能指标要低一些，因为火箭以极高速度飞离了发射地点，所以它必须在氮气姿态推进器的推动下完成一次急转调头，然后再次点火，创造一个翻转的弹道弧，为了再次进入大气层火箭会重新调整并使引擎指向正确方向以便其着陆时第三次点火燃烧。由于推进燃料是液态的，为防止它在这一过程中进行离心运动，必须要有挡板和内置水槽来将其固定住。外还需要三个不会轻易融化并且在从次音速到超音速的状态下都能正常运行的轴控平面。
如果在海上平台着陆，猎鹰9号的性能指标大概是300千焦（GJ）的动能；如果回到发射点着陆，则大约是120千焦。根据地球的标准，这些数字都是相当大的。换种方式说，整个旧金山城市每秒能用去1千焦的电能，那么猎鹰9号的推进器所转化的能量可以为一个近百万人口的城市供电五分钟。
当你尝试着理解一台可重复使用的火箭助推器的价值时，它在以100km为基准的分级高度时发生的动能转换就尤为重要。这就像一场竞赛，100km的高度相当于比赛的起跑线，竞赛内容就是火箭助推器动能转换的大小。
时至今日，SpaceX在可重复利用方面的进展
我们已经用蚱蜢火箭（Grasshoper)这个和猎鹰9号一级火箭相同的测试飞行器进行了多次垂直起降（VTVL）的试飞。这些对确保最终减速算法的正常运行起了重要作用。我们尤其需要证明火箭实现一次艰难的回转并以高加速度降落是可行的。前者（即实现回转）十分重要，因为火箭在降落前会继续侧向移动，所以我们将这个侧向速度清零，后者（以高加速度降落）很重要是因为相比快速降落，缓慢降落需要更多的燃料。以两倍重力加速度降落的效率是以1.1倍重力加速度降落的6.5倍，而任何小于重力加速度的情况都不算在考虑范围内。这些测试都成功了，蚱蜢火箭目前被安置在我们德克萨斯州中部的发展与测试部门。
我们本来可以让加速度高出更多，但如果火箭进入大气层时的速度矢量不正确，导致无法被安全地从陆地回收，加速度再大也没有意义。此外，基于我们接下来将进行密集的，完全满足所有正确条件的，一系列轨道发射，结束陆地回收测试转换为水上回收测试也合情合理。
第一次在水面上软着陆的尝试失败了，因为我们当时试图仅用小型姿态推进器去控制火箭。虽然它在龙飞船这样光滑平直的躯体上试验成功了，但对于像火箭助推器这样形状的东西而言，这只是个没用的提议罢了。猎鹰火箭当时失控地旋转着，最后以高速在水中粉碎。
后来我们在火箭的一个X翼上增加了四个栅格翼，从而在峰值可达每平方英尺1.5吨重的高强度气动压下实现必要的三次轴控。
这解决了控制问题，于是我们在水中实现了两次成功的软着陆。其实火箭的分级高度最高能达到210千米，不过这一点并不是特别重要，而火箭分级时能转换的最大的动能值是200千焦。
由于防水功能并不在火箭研发的考量范围内，所以火箭着陆后仅仅七秒左右我们就无法再对其遥感探测。
在无人驳船着陆
很显然，下一步是建造一个可以固定位置的海上着陆平台，于是我们建造了一艘全自动的无人驳船，取名为“读指示就好”(Just Read the Instructions)，这艘无人船提供了一个长250英尺宽150英尺的着陆区域，支柱跨度大约是60英尺，这意味着火箭着陆可能发生的最坏的误差幅度也小于了支柱跨度。比较棘手的是，猎鹰飞船将在疾风中沿着对角线方向朝着驳船最大程度地减速。不过这和飞机在航空母舰上着陆十分类似，相较于在一般的陆地跑道，失误发生的可能性就小了很多。
第一次试验时火箭狠狠地栽在了无人船上并当即**。第二次试验的确着陆了，但仍属于硬着陆。两条着陆腿破坏了船上的着陆点，所以火箭直接翻了然后**。
猎鹰9号已再次更新完善
相较之前的版本，我们相较之前的版本，我们9号（小编注：已于2015年12月21号发射并成功回收）会有更好的表现，这主要要归功于增加的助推器(boost thrust)，超低温氧化剂(deep cryo oxidizer)和更高阶的引擎钟。此外，新版本还实现了一系列可靠性的改善，比如备用的分离系统以及更高的结构安全系数。
如果一切顺利，我们将成功，发射十一颗轨道卫星，并把火箭助推器一路带回到卡纳维拉尔角空军基地（Cape Canaveral）第一着陆场（LZ-1）。发射倒计时十五分钟后开始，所以我得下线了。如果上文出现拼写错误，请原谅。（
校对: Hequn Wang 二校：柯宁）
Elon于2015年12月21日
http://it.sohu.com/20160226/n438684217.shtml it.sohu.com true NASA中文爱好者团队 http://it.sohu.com/20160226/n438684217.shtml report 4022 编者按：尽管SpaceX今天和昨天跳票了，尽管2016年1月17日太空探索科技公司（SpaceX）的猎鹰9号一级火箭海上回收不尽如人意，2015年12月21日猎 阅读(
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关键词：猎鹰,回收
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