SpaceX 為什麼要在海上回收火箭？海上平台又是如何達成任務？

2016 年 04 月 18 日

技術Ｘ解析

2016 年 4 月 8 日，Elon Musk 的 SpaceX 的火箭獵鷹九號（Falcon 9 ）為了 NASA 第八次商用補給任務，從美國佛羅里達州的卡納維拉爾角升空，把裝著國際太空站（ISS）貨物的 Dragon 太空船推入低地球軌道。

幾分鐘後，第一節火箭重新返回地球，並首次把自己降落在自動駕駛船海上平台「當然我仍愛你（Of Course I Still Love You）」平安回收，引發全球的關注和驚嘆。

SpaceX 先前四次的海上回收均以失敗告終，到第五次嘗試終於成功，不過 Elon Musk 去年 12 月早已證明火箭可在陸上回收，為什麼還要堅持嘗試海上回收？

這要先從 SpaceX 和藍色起源（Blue Origin）投入打造可回收火箭的原因開始說起：降低每次太空飛行的成本。

目前太空人、衛星和補給品想飛上國際太空站，都得靠著火箭幫忙。但過去造價幾千萬美元的火箭只能一次性使用，一旦升空完成任務，幾乎只剩下墜入海裡變成大型廢棄物的命運。同樣在開發回收火箭的創辦人 Jeff Bezos 曾形容為：

這就像你搭乘波音 747 客機飛越美國一趟，然後就扔掉那台飛機，想想這趟旅行的價格有多貴。

可回收火箭發射升空後，會分離成兩個部分，上半部的二級火箭繼續帶衛星或物資飛往太空，下半部的一級火箭則透過推進器和側面柵格翼，調整飛行方向，並在導航系統的引導下降落在正確位置回收。

以獵鷹九號為例，整體造價約 6000 萬美元，每次飛行的燃料費為 20 萬美元，而與 NASA 太空梭相比較簡單的結構設計和特別選用的建材，能降低回收後設備檢查的時間和零件替換成本。SpaceX 總裁兼首席營運長 Gwynne Shotwell 聲稱，利用回收的一級火箭再發射，可節省 30% 的發射成本。

海上回收火箭比陸上回收更省成本

從上圖來看，如果直接在海上回收，第一級火箭只要微調姿勢，就可近乎垂直下降，等到接近海平面再重啟引擎減速降落，但如果想在陸上回收，火箭還要轉頭飛回原發射地點，再重新調整成垂直姿勢降落，耗費的燃料也更多。

雖然以海上平台回收火箭更省燃料成本，但風險和難度也隨之增加，每一個環節的要求都非常精細。

這就像是在狂風之中，用手掌心托著掃把並保持其平衡直立。

自動駕駛船必須在天氣變化或海浪起伏等種種挑戰下保持穩定，而甲板空間又比陸上可降落的範圍小，稍有偏差火箭就可能墜入海中。想讓火箭在幾十公尺內的範圍平安降落，SpaceX 同樣在自動駕駛船上花了許多心思。

圖片來源：SpaceX Facebook — 圖片來源：SpaceX Flickr

責任重大的自動駕駛海上平台

為了接住從半空中高速降落的獵鷹九號，SpaceX 以 Marmac 駁船為基礎，加裝長 91.44 公尺、寬 51.81 公尺的鋼板平台，並拆掉最初的外掛船翼和防爆牆設計，以支撐火箭約 5.48 公尺的著陸腳架和其他設備。

根據 NASA 報導，自動駕駛船以四台柴油驅動方位推進引擎取代船槳，為船隻控制提供更佳的 360 度移動能力。這些引擎由海洋設備製造商 Thrustmaster 生產，能讓自動駕駛船的移動精確度控制在三公尺內。

自動駕駛船靠著 GPS 資訊自主航行，也可由鄰近輔助船上待命的技術人員接手遠端操控。船上大量的感應器會與 GPS 資訊整合，控制船隻的動作與定位，並與火箭內部系統和外部工作人員持續通訊，共同達到安全降落的目標。

一旦成功降落，火箭會被加強固定在甲板上運回，如果降落失敗，也會搶救剩餘的部分載回港口。

SpaceX 在 2015 年 1 月 10 日的大西洋上進行首次海上平台回收，但降落失敗了。第一代自動駕駛船「Just Read the Instructions（讀一下操作指示）」在服役六個月且失敗了兩次後，SpaceX 決定由第二代自動駕駛船「Of Course I Still Love You（當然我仍愛你）」接手大西洋回收任務。

太平洋區的火箭回收任務由 2015 年春季落成的第三代自動駕駛船負責，其同樣命名為「Just Read the Instructions（讀一下操作指示）」

這兩個有趣的名字可不是無中生有，而是 Musk 借自科幻小說《The Player of Games》中兩座如星球一般巨大的星際戰艦。