【原创】简论可重复使用火箭的经济性

SpaceX搞重可重复使用火箭之事一直颇具争议、怀疑马艺龙在可回收性这方面的孤注一掷是否划得来。毕竟整体回收大型火箭会浪费不少起飞重量、燃料箱又不值几个钱、而且常规火箭发动机回收后也用不了多少次。还有不少人觉得SpaceX在可重复使用这方面点错科技树了、认为搞下一代航天飞机才是人间正道。至于笔者、乃是空间电梯神教信徒！（不过这就扯太远了） 言归正传、借 SpaceX ORBCOMM-2 发射之际特撰此贴、也就发些基本数据简单讨论一下可重复使用火箭的经济性。

首先看一下大形势：

上面的四个表格是根据美国航天智库Aerospace Corporation提供的数据所统计的。可以看到、过去五十年内、轨道发射成本、航天器的性价比还有发生成功率等方面都有很大的进步。不过发射成本在2005年后遇到了瓶颈、毕竟常规一次性火箭火箭自身性质意味着不能指望通过改进材料和发动机就能持续减少成本。

那么再比较一下F9 V1.1、德尔塔IV-H 以及研发中的F-H 这三种火箭的综合性能与发射成本：

德尔塔IV-H 发射成本根据任务性质与火箭配置的变化浮动很大，但是三个5M橙色筒子绑在一块儿无论无何也便宜不到哪儿去 -- 射一次2亿到四亿美刀。相比F9 V1.1的LEO运载能力是德尔塔IV-H的一半左右，发射成本只有六千万美元。运载能力全面超越德尔塔IV-H的F-H（三个F9核并列捆绑式）发射成本也只有1.3亿美元（当然是SpaceX自估成本，靠不靠谱就自己觉定吧）

回收F9火箭的经济效益主要是在于回收一级上那九台发动机。不过回收后的 Merlin-1D 发动机能重复使用多少次呢？航天飞机上的SSME设计寿命重复使用100次、英国REL所提出的Skylon下一代空天飞机所用的SABRE协同吸气式火箭发动机宣称可重复使用120+次。但像马琳这样的煤油发动机就是另外一回事儿了。SpaceX自称Merlin-1D可以重复使用40次、笔者专门问了一下在加州理工读航天工程专业的朋友，他说Merlin-1D使用周期40次不靠谱，能重复使用20次就很不错了。那么就保守些按F9只能重复使用10次来计算，请见下图：

上面的比较是英国人自己估出来的（source: http://phys.org/news/2015-12-spaceplanes-reusable-rockets.html) 笔者查了一下、对F-9数据基本符合官方的，Skylon的估价不好核实，不过高大上的SABRE发动机肯定便宜不了。根据上面的估计即使使用周期120次的Skyon，其发射成不仍然远远高于F9和F-H

SpaceX搞重可重复使用火箭之事一直颇具争议、怀疑马艺龙在可回收性这方面的孤注一掷是否划得来。毕竟整体回收大型火箭会浪费不少起飞重量、燃料箱又不值几个钱、而且常规火箭发动机回收后也用不了多少次。还有不少人觉得SpaceX在可重复使用这方面点错科技树了、认为搞下一代航天飞机才是人间正道。至于笔者、乃是空间电梯神教信徒！（不过这就扯太远了） 言归正传、借 SpaceX ORBCOMM-2 发射之际特撰此贴、也就发些基本数据简单讨论一下可重复使用火箭的经济性。

首先看一下大形势：

上面的四个表格是根据美国航天智库Aerospace Corporation提供的数据所统计的。可以看到、过去五十年内、轨道发射成本、航天器的性价比还有发生成功率等方面都有很大的进步。不过发射成本在2005年后遇到了瓶颈、毕竟常规一次性火箭火箭自身性质意味着不能指望通过改进材料和发动机就能持续减少成本。

那么再比较一下F9 V1.1、德尔塔IV-H 以及研发中的F-H 这三种火箭的综合性能与发射成本：

德尔塔IV-H 发射成本根据任务性质与火箭配置的变化浮动很大，但是三个5M橙色筒子绑在一块儿无论无何也便宜不到哪儿去 -- 射一次2亿到四亿美刀。相比F9 V1.1的LEO运载能力是德尔塔IV-H的一半左右，发射成本只有六千万美元。运载能力全面超越德尔塔IV-H的F-H（三个F9核并列捆绑式）发射成本也只有1.3亿美元（当然是SpaceX自估成本，靠不靠谱就自己觉定吧）

回收F9火箭的经济效益主要是在于回收一级上那九台发动机。不过回收后的 Merlin-1D 发动机能重复使用多少次呢？航天飞机上的SSME设计寿命重复使用100次、英国REL所提出的Skylon下一代空天飞机所用的SABRE协同吸气式火箭发动机宣称可重复使用120+次。但像马琳这样的煤油发动机就是另外一回事儿了。SpaceX自称Merlin-1D可以重复使用40次、笔者专门问了一下在加州理工读航天工程专业的朋友，他说Merlin-1D使用周期40次不靠谱，能重复使用20次就很不错了。那么就保守些按F9只能重复使用10次来计算，请见下图：

上面的比较是英国人自己估出来的（source: http://phys.org/news/2015-12-spaceplanes-reusable-rockets.html) 笔者查了一下、对F-9数据基本符合官方的，Skylon的估价不好核实，不过高大上的SABRE发动机肯定便宜不了。根据上面的估计即使使用周期120次的Skyon，其发射成不仍然远远高于F9和F-H