"重複使用雖然是顛覆性創新，但把它當成運載火箭領域的全部，那可就錯了。"——阿麗亞娜空間公司CEO斯特凡·以色列SpaceX從創立之初，就為一個看似簡單的念頭傾注全力：火箭用完後，要是能別扔掉就好了？幾乎人類造出的所有火箭，設計初衷都是一次性使用。航天飛機軌道器算是獨一無二的可復用航天器，但它中途就得拋棄固體燃料助推器和那個巨大的燃料箱——助推器還得從海裡撈回來翻新再用。至於發射衛星的火箭，用完就整個扔了。這種"一次性"思維的理由很簡單：入軌本身的容錯空間已經極小——別忘了，航天器重量的85%都是推進劑。增加復用裝置會讓火箭更重，進一步壓縮本就有限的性能余量。而且要讓火箭完整返回地面，就得經受再入大氣層的嚴酷考驗，這些損傷可能讓復用變得毫無意義。火箭製造商們也覺得沒必要砸錢解決這些問題，畢竟發射次數太少，投入不划算。造一次性火箭，比研發可復用火箭更便宜——除非，你覺得以後的發射頻率能比以前高得多。2015年，時任聯合發射聯盟載人發射服務副總裁的喬治·索爾斯對SpaceX的想法產生了興趣，想搞清楚他們是不是真發現了什麼門道。研究之後，他依然不信。"你真的能把火箭收回來、翻新好，而且成本比造個新的還低？"索爾斯曾反問我，"我做了大量分析，至少以今天的技術來看，答案是否定的。"其他火箭大廠的高管們也持同樣觀點。但馬斯克和他的團隊從一開始就不同意。既然要自掏腰包砸這麼多錢——特別是那些昂貴的發動機——他怎麼可能隨便扔掉？更重要的是，復用是大幅降低發射成本的唯一途徑，只有這樣才能匹配他的雄心。馬斯克打了個簡單的比方：造火箭的成本跟波音737客機差不多，但因為只用一次就扔，單次飛行成本高得離譜。獵鷹9號的製造成本約5400萬美元，而每次飛行消耗的推進劑才20萬美元左右。如果能復用那怕只是第一級，公司估算能把發射價格砍掉三分之一。SpaceX的一次性火箭已經比對手便宜一大截了，但真正有效的復用，將徹底終結這場競爭。獵鷹1號時期，SpaceX的工程師原本設想第一級用降落傘返回地面，再從海裡撈回來。但後來火箭測試遇到困難，項目最終被取消，這個計畫也就沒能實現。開發獵鷹9號時，大家很快意識到，降落傘根本不足以讓20噸重的第一級平安落地。從太空返回，又得回到入軌的物理原理上來了。記住，航天器要達到每小時17500英里以上的速度才能留在軌道上。要返回地球，別無選擇，只能以極高速度衝入大氣層。在這個過程中，飛行器會猛烈撞擊前方的空氣，把氣體壓縮到極高溫度。金屬結構承受再入的物理衝擊相對容易，但應對高溫才是更棘手的工程挑戰。傳統航天器通常靠特殊外形把熱量從關鍵區域導走，並使用能吸收能量的特殊材料。阿波羅和聯盟號飛船靠圓鈍的底部承受再入高溫，再打開降落傘。體型更大、可重複使用的航天飛機則依賴隔熱瓦吸收衝擊力，然後用滑翔機身在廣闊轉彎中減速，最終降落在跑道上。但這也成了前車之鑑——不僅哥倫比亞號災難暴露了隔熱系統的脆弱，事後證明翻新成本也遠高於預期。SpaceX的競爭對手們認定，這家新銳公司會學到同樣的慘痛教訓。"另一家發射商的總工程師——我就不點名了——曾當面斬釘截鐵地告訴我，'你們永遠別想回收第一級助推器，'"歐洲衛星巨頭SES的首席技術官馬丁·哈利韋爾在2017年回憶道，"'這根本不可能，就算做到了，也會摔得稀巴爛。'"除了降落傘和隔熱瓦，理論上還有第三條路——叫反推技術（retropropulsion）。簡單說就是讓火箭在發動機噴出的熱氣墊上倒退著飛回地球。這正是科幻黃金時代標誌性的畫面：火箭發動機先著地，降落在異星表面。這種技術在阿波羅登月艙上用過，因為月球幾乎沒有大氣層。但在大氣稠密的星球上嘗試，風險要高得多。不過，如果SpaceX能靠動力飛行來減速，就不需要昂貴的隔熱系統了。反推技術對SpaceX建設火星城市的宏大使命也至關重要。"如果要送人類去火星，你得把一棟兩層樓的房子精準降落在火星上，"NASA前首席技術專家、現任科羅拉多大學工程學院院長鮑比·布勞恩跟我聊到紅色星球的著陸方案時說。而且，他補充道，火星殖民者必須"緊挨著另一棟預先部署、已經通電、燃料和食物一應俱全的兩層房子著陸"。NASA在向遙遠星球投送重型物體方面遇到了極大困難。迄今為止最重的要數2012年著陸的近兩千磅重的"好奇號"火星車。要抵達火星表面，它需要一個極其複雜的裝置，包括隔熱罩、降落傘，最後用火箭吊車把火星車吊到地面。NASA的工程師此前不敢在著陸過程早期——在高空超音速飛行階段——使用火箭，因為他們對飛行器在這種狀態下的表現知之甚少。當SpaceX開始在地球大氣層中以超音速飛行獵鷹9號時，公司將資料分享給了正在規劃火星任務的NASA科學家，後者如獲至寶。"超音速反推技術，沒有證據表明它行不通，但也沒有證據表明它行得通，"參與研究的米格爾·聖馬丁告訴我，"在NASA的文化裡，我們會先做大規模測試項目。埃隆·馬斯克直接上手就干，成了就成了。"2011年，SpaceX在已經試飛獵鷹9號後，從噴氣推進實驗室聘請了一位名叫拉斯·布萊克莫爾的工程師。這位MIT畢業生是設計自主飛行器極端環境導航軟體的專家；他一個學術項目曾指導過深海潛水器機器人，在實驗室裡為火星著陸器編寫過關鍵演算法。他的研究生導師、一位NASA老兵曾說布萊克莫爾本可以成為傑出的教授，但他選擇加入SpaceX，因為這給了"當代工程師將願景變為現實的機會"。在SpaceX，他的工作是教獵鷹9號完整無損地返回地球。那一年，布萊克莫爾在德克薩斯發射場啟動了名為"蚱蜢"（Grasshopper）的SpaceX項目。這讓人想起DC-X，核心是一枚能起飛、懸停並返回地面的小型火箭原型。蚱蜢只有一百英呎高，架在金屬支架上。2012年9月，它第一次跳上天空；一年後，在最後一次測試中飛行了四分之三英里。到2014年，復用工程師們開始測試130英呎高的全尺寸獵鷹9號第一級，配備了四個航天級可伸縮著陸腿。他們把它送到3300英呎高空懸停，再緩緩降落在著陸台上。在一次測試中，著陸腿竟然起火了，給路過的末世論研究者呈現了一幅空中"火焰劍"的聖經圖景。另一次測試中，一個感測器堵塞導致火箭偏離安全區，自動化軟體引爆了火箭以防危及他人。爆炸引起了當地居民的關注和媒體批評，但工程師們並未氣餒。這些實驗教會了他們——以及控制火箭的演算法——如何調整發動機來補償飛行器姿態變化和周圍環境。他們改編了史丹佛電腦科學家開發的複雜數學軟體，讓制導電腦能在極小的誤差範圍內找到安全返回地球的路徑——這個誤差範圍足夠小，能確保在地面一個65英呎的橢圓範圍內實現軟著陸。不過，測試場平靜的環境和較慢的速度，與從太空俯衝而下的火箭所承受的截然不同。他們需要更多資料，而務實的SpaceX團隊早已在實戰任務中收集這些資料。2013年獵鷹9號第一次衛星發射任務後，助推器給自己安排了第二個任務：轉向返回海洋。雖然沒能成功——它失控墜入太平洋——但復用團隊獲得了關於如何操控這種外形奇特飛行器的寶貴資訊。浩瀚的海洋不僅是讓火箭從太空翻滾返回時安全墜毀的地方，也是讓復用成為現實的唯一著陸點。大量計算證實，雖然最理想的是讓助推器返回發射場附近，但這樣做的物理限制實在太大。火箭起飛時並非直直向上，而是會轉向以高速橫飛進入預定軌道。對於前往國際空間站這類近地軌道的任務，火箭會剩下足夠燃料飛回著陸點。但對於更高軌道的任務——這類任務更多也更賺錢——火箭必須用掉幾乎所有燃料才能完成任務。之後，無法返回陸地的火箭只有在近海著陸才能被回收，比如說，在一個浮動平台上。正因如此，2014年SpaceX在法庭上挑戰藍色起源的專利。總的來說，SpaceX認為專利對保護智慧財產權沒什麼用；馬斯克覺得專利主要是告訴競爭對手——特別是美國以外的競爭對手——你到底做了什麼獨特的東西。而藍色起源似乎很愛申請專利。藍色起源在2010年後重新崛起的一個公開訊號，就是在可復用火箭所需的各種部件上瘋狂申請專利——可轉向發動機、輕量化建造方法、制導技術等等。正如將重型裝置送上火星的願景推動SpaceX追求火箭復用，把工業產能和人類整體文明轉移到軌道同樣是貝索斯的目標。貝索斯擁有多項與亞馬遜市場和訂閱服務相關的專利，但只在藍色起源的一項專利上署名："海上著陸航天運載器及相關系統與方法"。這項專利描述的是一種可復用航天器：從海上起飛，發射貨物，然後重啟發動機降落在浮動平台上。這正是馬斯克和他的團隊想用獵鷹9號做的事。SpaceX的律師擔心，即便他們搶在對手前面成功——看起來很有可能——也會面臨訴訟風險。為搶佔先機，他們在法庭上挑戰這項專利，並簡要回顧了這個想法的歷史，證明它並非源自藍色起源，甚至也不是SpaceX。早在1998年，日本工程師石島義之就已相當詳細地描述過這一概念。這是兩位火箭億萬富翁的又一次交鋒，贏家依然是馬斯克。2015年初，審理SpaceX挑戰的法官裁定，藍色起源的大部分專利主張過於寬泛，不適合授予專利。其餘兩項條款因描述"過於模糊"，法官無法判斷SpaceX是否會勝訴，故未予審查。雖然這意味著駁回了SpaceX的請求，但實際上卻是勝利：一項被視為"模糊"的專利在聯邦法院很容易受到挑戰，這一裁決為SpaceX提供了一定程度的保護，使其免受藍色起源未來訴訟的困擾。現在問題變成了如何把火箭真正降落在船上。在2014年的一系列發射中，SpaceX不斷完善獵鷹9號的復用技術。工程師們多次引導火箭懸停在海洋特定位置上空，展開四個著陸腿，然後燃料耗盡墜入海浪。2015年初，公司推出了兩項新技術。一是柵格翼（grid fins）——四個約五英呎見方的金屬蜂窩結構，安裝在火箭側面。這種裝置最初用於洲際彈道導彈，能通過改變周圍氣流來旋轉和操控火箭。另一項首次亮相的是兩艘自主無人船——大型駁船，無需船員操作，可安全充當火箭助推器的浮動著陸平台。公司在兩大洋各有一艘——太平洋范登堡基地的那艘叫"請閱讀說明書"（Just Read the Instructions），大西洋卡納維拉爾角基地的搭檔叫"我當然還愛著你"（Of Course I Still Love You）。這兩個名字來自馬斯克鍾愛的一部科幻系列，講述遨遊星海的超級智能AI飛船。在第五次國際空間站補給任務完美成功後，SpaceX首次嘗試在"我當然還愛著你"上回收火箭。馬斯克已提前向記者打好預防針，說這只是實驗，不指望成功——結果還真沒成功。由於需要進行多次航向調整，控制柵格翼的液壓系統耗盡了液體。助推器高速側著砸向浮動平台邊緣，在浪花中炸成碎片。4月又一次飛行後，火箭幾乎平穩觸碰到浮動平台，但一個發動機閥門卡住，發動機關閉稍晚了那麼一點點——多餘的動力讓火箭傾倒爆炸，殘骸散落碧藍的海水中。此後又一次功敗垂成，馬斯克給這種後果起了個委婉說法：RUD，即"快速非計畫解體"（Rapid Unscheduled Disassembly）。SpaceX在社交媒體上分享這些失敗視訊；獵鷹9號第一級在無人船上五花八門的爆炸式著陸嘗試，在SpaceX粉絲和員工中成了標誌性場景，彙集成一部火箭測試災難的糗事合集。公司在網際網路上直播發射的決定很不尋常，讓真正的工程師詳細解說發射每個步驟的決定同樣罕見。作為公關策略，這有助於凸顯公司挑戰極限的程度，儘管也給那些不瞭解這些是實驗的人——或故意無視這一事實的人——提供了指責他們失敗的機會。藍色起源的公關策略正好相反，秘密進行試飛，事後再宣佈結果。2015年4月，SpaceX助推器在海上傾倒幾周後，貝索斯的團隊終於有了值得分享的成績。公司宣佈，自2003年就醞釀的New Shepard飛行器首次發射成功。貝索斯在控制中心坐鎮，公司將矮胖的火箭和太空艙——助推器上塗滿了藍色的羽毛標誌——豎起到50英呎的完整高度。火箭發動機點火，飛上58英里高空，隨後空艙分離，沿彈道軌跡衝向太空邊緣，再落回地球，展開三個降落傘安全降落在沙漠中。貝索斯在公司網站發表的更新中說，如果他們造的是一次性火箭，這次測試本應完美無瑕。"但我們在下降過程中液壓系統失壓，沒能回收推進模組"，換句話說，他們讓New Shepard摔在了地上。這與獵鷹9號首次海上著陸嘗試的故障類似——表明兩位企業家都在瞄準各自想要的工具，而他們之間那場心照不宣的競賽規則也日益清晰。然而，兩家公司的規模差異巨大。New Shepard確實是工程奇蹟，但推力只相當於七年前的獵鷹1號，而且沒有第二級把衛星加速到軌道速度。New Shepard飛行速度達到三倍音速；獵鷹9號的飛行速度是音速的六倍甚至更高。"真正的太空飛行，是落地時需要火箭把你送回來，"航天史學家大衛·伍茲在一次採訪中評論道。藍色起源的飛行器沒有經歷SpaceX大型火箭以百萬磅推力穿越大氣層時面臨的巨大力量，成就也相應地小得多。或許正因如此，貝索斯提到他的團隊將把New Shepard上獲得的經驗應用到更大的火箭上——那將是藍色為聯合發射聯盟下一代火箭打造的發動機。不過，SpaceX與藍色起源在規模上的差異是刻意的，也很能說明問題。貝索斯的公司不像馬斯克的團隊那樣，靠太空現有市場白手起家——比如衛星發射業務。憑藉創始人的巨額財富，藍色起源可以瞄準一個從未存在過的全新市場：太空旅遊。2015年，公司開始為"宇航員體驗"招募感興趣的人，建立郵件列表。New Shepard為此量身定製：一枚幾乎稱得上溫和的火箭，可以用太空艙把公眾引入太空，公司承諾艙體表面有整整三分之一都是窗戶——這個想法源於貝索斯在亞馬遜倡導的"以客戶為中心"理念。現在他能贏得一個新市場，但前提是火箭必須足夠成功地復用，才能把票價降下來；也必須足夠安全，才能說服人們登船。而商業航天領域的狂妄自大，早有無數前車之鑑。 (WhaleThinking)