CRS— 8：一箭双雕的太空之旅

张雪松

北京时间2016年4月9日上午4点43分，美国太空探索技术公司（SpaceX）的“猎鹰九号”火箭搭载着龙式飞船在佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地成功发射升空。8分半钟后，“猎鹰九号”第一级成功实现了首次海上降落，与此同时，携带充气式太空舱的龙式飞船将与国际空间站对接，执行代号为CRS-8的国际空间站货运任务。

BEAM充气式太空舱

这次任务中，龙式飞船装载了有史以来最多的货物——重达3.18吨。除了为国际空间站送去必需的食物、水以及其他供给物品以外，它还搭载了比奇洛航天公司（Bigelow Aerospace，以下简称比奇洛）研发的可扩展活动模块（BEAM）——一款备受瞩目的充气式太空舱。

太空舱大变身

BEAM重1.36吨，当它被机械臂从龙式飞船取出，和国际空间站对接后，会在径向和轴向两个方向上缓慢地膨胀展开，最终达到3.2米直径和4米长度，内部空间则可增加到16立方米。

16立方米的空间并不是一个多么惊人的成就，例如“天宫一号”飞行器的内部活动空间就达到了15立方米。但相比传统舱段的金属外壳，BEAM的外壳采用了高性能复合材料，早期曾用凯夫拉纤维，后来又改用性能更好的高分子材料——超高分子量聚乙烯纤维，这种材料具有重量轻的优势。充气设计为BEAM带来了体积小的独特优势，它与国际空间站对接充气后，又可以为航天员提供更大的活动空间，具有传统太空舱不可比拟的优势。

别小看了BEAM

日常的经验告诉我们，充气的气球总是易爆，因而很多人从经验出发，难免会有这样的疑问：充气式太空舱真的靠谱吗？看了影片《地心引力》的观众更要显摆一下自己的“内行”：要是遇到陨石或太空垃圾，航天员怎么逃生？冒险住进“气球”里安全吗？

BEAM使用的超高分子量聚乙烯纤维是高性能防弹衣普遍使用的防护材料，具有很高的防弹性能。此外，BEAM的微陨石和轨道碎片保护层采用精心设计的多层防护结构，它对陨石和碎片的防护效果甚至比现有的高强度铝合金外壳的金属舱段还要好。看来，我们无需杞人忧天，为住在“气球”里的航天员担惊受怕，其实他们是待在多层防弹衣里面呢！

比奇洛的“太空旅馆梦”

BEAM并非是比奇洛第一个发射上天的充气式太空舱，早在2006年，比奇洛就使用俄罗斯“第聂伯号”火箭发射了“起源一号”和“起源二号”充气式试验太空舱，不过它们仅使用了径向充气的展开方案，并且这两款“开路先锋”均只有6个月的设计寿命。这两款起源试验舱最终却飞行了长达两年半的时间，而此次比奇洛声称BEAM能正常使用两年。如此看来，比奇洛有这样的底气也就不足为怪了。

BEAM只是牛刀小试，比奇洛还雄心勃勃地提出了BA330和BA2100的方案。顾名思义，BA330内部加压空间可达330立方米，BA2100内部加压空间可达2100立方米，后者比国际空间站916立方米的加压空间还要大一倍多。

虽然到目前为止，充气式太空舱的优势还是理论上的，但BEAM即将进行长时间的轨道飞行，一旦它经受住了太空环境严苛的考验，比奇洛必定会用BA330甚至BA2100舱段实现多年的“太空旅馆梦”。就在近日，NASA和比奇洛达成合作意向，计划将BA330与国际空间站对接。假以时日，BA330不仅将用于近地轨道的太空旅馆，还将用于载人深空探测任务，比如月面基地、深空空间站和火星飞船。

从这个意义上说，BEAM虽然在体积和重量上都算小型的，但它作为起源试验舱和BA330实用舱段之间的过渡，在充气太空舱技术发展上有着承前启后的重要作用，将有望为人类载人航天活动开辟更广阔的前景！

海上回收火箭

BEAM的亮相开启了新一轮的太空梦，但再美好的梦，面对居高不下的航天发射成本，也无法变成现实。令人欣喜的是，CRS- 8发射任务的支线任务——“猎鹰九号”火箭的海上降落回收试验，为太空梦的实现带来了新的希望。

昂贵的航天发射

我们对一次性筷子、日用餐巾纸和一次性注射器等一次性物品并不陌生，这些一次性物品具有生产成本低的优势。以往的运载火箭虽然也都是一次性的，但它的成本却高达几千万甚至上亿美元，这也成了阻碍航天产业进一步发展的绊脚石。火箭的回收及重复使用则可以有效分摊并降低成本。

相比运载火箭，航天飞机是着眼于重复利用的飞行器，是人类自由进出太空的工具。它借助外置燃料箱和固体助推器为起飞提供绝大部分的推力，设计十分巧妙，但它却无法满足对低发射成本的期待。航天飞机外置燃料箱要5000万美元，每次任务返回地面后，主发动机的维修则需要单台500万美元的巨额费用，而单这两项巨额的花费就已经达到了“猎鹰九号”火箭一次性使用的成本。此外，航天飞机每次的发射成本更是高达4.5亿美元，远比现在任何一种一次性运载火箭都要贵。

回收火箭的漫漫征途

运载火箭为了增加发射时的运力，整体结构必须做到尽可能轻，这个皮薄且脆弱的“大家伙”要想在发射后成功完整地返回大气层实非易事。那么，运载火箭的回收只能是一条行不通的死胡同么？

2002年，埃隆·马斯克创立了SpaceX，该公司刚创立便执著地推动运载火箭的重复使用。多级火箭的每一级都装有发动机与燃料。从尾部最初一级开始，每级火箭燃料用完后自动脱落，同时下一级火箭发动机开始工作，使飞行器继续加速前进。“猎鹰九号”暂时只做了第一级的回收工作，这一级火箭分离速度低，在很大程度上降低了回收的技术难度。着眼重复使用的火箭只比一次性的火箭多加了四个着陆腿和四个栅格翼。通过这样独具匠心的设计，“猎鹰九号”火箭做到了进可攻退可守。如果火箭回收成功，“猎鹰九号”火箭将进一步降低成本。即使回收不成功，一次性的“猎鹰九号”火箭仍然是一种物美价廉的运载火箭。

2015年1月和4月，“猎鹰九号”火箭连续两次的海上降落回收试验均以失败告终，火箭都无一幸免地砸到了回收船上，一时间，外界议论纷纷。雪上加霜的是，SpaceX又遭遇了一次“猎鹰九号”火箭的发射爆炸，此时成功回收火箭的愿望似乎已变得更加遥不可及。但SpaceX并未气馁，北京时间2015年12月23日，经改造的“猎鹰九号”火箭第一级成功飞回卡纳维拉尔角的着陆场并在陆地着陆成功，SpaceX多年的坚持终于有了回报！

在海上平台成功“软着陆”

即使“猎鹰九号”火箭第一级陆上成功着陆，关于海上回收火箭的质疑声却仍未平息，很多人仍然认为，受海浪等因素的影响，实现火箭的海上回收仍困难重重。

但对于SpaceX来说，海上回收火箭有着陆上回收无法取代的价值。相比陆上回收火箭多达30%的运力下降，海上回收损失的运力只有15%，这在发射更大更重的飞船和卫星上的优势不言而喻。

2016年，SpaceX继续进行火箭海上降落回收试验，但连续两次降落都以失败告终，后一次居然把回收船的甲板砸出了一个大坑。2016年4月9日，“猎鹰九号”再次“出征”，它的第一级终于非常顺利地在回收船上降落。有趣的是，几次海上降落回收试验使用的是同一艘回收船，它的名字叫“Of Course I Still Love You”（当然我依然爱你），对比上一次砸出一个大坑的沮丧和这次成功的欢呼雀跃，这个名字实在是应景得很。

结 语

回收运载火箭有望大幅度降低航天发射的成本，SpaceX甚至大胆畅想“猎鹰九号”火箭第一级进行100次重复使用的乐观前景。到那时，“猎鹰九号”火箭的性价比将打遍天下无敌手，甚至可能由此拉开大航天时代的序幕。充气式太空舱可以为太空活动提供更大的生活空间，上述两者的结合将使移民外星不再遥不可及。很多年后，当我们的下一代人成为“外星人”时，也许你才会发现，所有的一切都来自这次例行的空间站货运任务！