为什么中国至今（2023年）没有一款达到猎鹰9水平的可重复使用运载火箭？

回收火箭这个东西，以 SpaceX 出现之前的数学理论来说是做不到的；也别怪龙院士当时说可回收是噱头，以当时的数学理论来看这个火箭竖直反推回收问题就是不可解。

在空叉之前，很多国家包括中国（其实一共就仨）已经掌握了月球软着陆技术（嫦娥三号等一大票月球着陆器），距离实现火箭回收只有一步之遥

……了吗？

让我们以嫦娥三号为例算一下。

前置知识：推重比，即推力与重力之比，当推重比小于一时推力小于重力，反之推力大于重力。

已知，嫦娥三号探测器的满载质量大约是 3780 千克，而其着陆反推发动机 YF-36 最大可以产生 8250N 的推力（那你还叫 7500N 变推力发动机干啥），月球的 值大约是地球的 。

那么，嫦娥三号探测器在月球所受重力约为 6300N，最大推重比大约为 1.30，而由于 7500N 变推力发动机可以产生 16.7% - 110% 的推力变化（以 7500N 为基准计算），所以其推重比应该可以在 0.19 到 1.30 之间变化。推重比是可以小于一的，意味着探测器可以不断地通过减速加速来控制速度。

让我们一起大声喊：六！院！！牛！！！逼！！！！

这是什么概念？这让探测器的着陆程序设计变得相对简单，如果速度快了就加油门，如果速度慢了就收油门，直到在月表上方一定高度（比如三米）稳定悬停之后再关发动机砸下去，就这么简单粗暴。并且月表没有空气阻力的扰动，姿控算法会简单很多。

用开车来比喻的话，就是一脚刹下去发现刹重了可以补油，边补边刹，最后的停车位置自然可以比较准，对脚法的要求也比较低。

五院：嘿嘿~~感谢六院大兄弟~

猎鹰九号一级燃料烧完之后剩 18 吨，所受重力为 180000N，而单台梅林1D发动机的推力是 854000N，落地前一刻的推重比高达 4.74！即使深度节流到极限的 40%，推重比也有 1.89！这意味着，当发动机点燃时，其推力永远大于箭体重力，所以要实现软着陆只能有一次机会（要不然就重新飞上去了）。而由于液体燃料发动机的点火次数是有限的，这意味着只要着陆程序开始，就不能回头了，没有时间给你悬停调整（因为根本悬停不了）。整个着陆过程中只能减速，如果在接地前速度减到零了，就不可能再落下去了。这需要箭载计算机能实时计算并调控火箭的姿态、下降轨道和速度，为算法设计提出了很大挑战。

就是说，你在整个过程中只能踩一脚刹车，这脚刹车得让车稳稳当当的在预定点上停下来，这对脚法的要求可就高了。

注：梅林引擎作为一款大推力液发能达到 40% - 105% 的推力控制范围已经很逆天了，这是付出了巨大的性能牺牲才得到的，比如海平面比冲只有可怜的 275s，并且推力和真空比冲都弱一些。这些数据在相似推力的煤油引擎里只能是中下等水平（但在开式煤油机里算相当优秀的了），这也导致了猎鹰的高轨运力被拉低了（讲真虽然猎鹰的高轨运力已经爆杀一切 600 吨级火箭，但如果换更好的煤油机的话绝对能有质的飞跃）。没办法，化学动力引擎的桎梏突破不了。
注2：评论区有人说梅林的最新版本比冲有 282s+，我查到的资料中很多数据都是相互矛盾的，具体数据就图一乐，但是梅林为了达到深度节流和保证复用性确实牺牲了很多性能（比如用了开式循环，没办法用更优秀的分级燃烧循环等循环方式）

最大的问题是，这玩意是个非凸控制问题，意味着算法在逼近最优解的过程中要反复走弯路，让箭载计算机用那可怜的算力不断的计算整个着陆过程简直不可能（SpaceX 自己说过程序要达到 10Hz，原有算法是 0.1Hz 级别的，根本达不到这个效率）。理论就卡这了，卡的死死的。

于是，他们对此展开了研究。

2013 年，一篇名为《软着陆最优控制问题的非凸控制界的无损凸化及指向约束》的论文被发表，论文一作来自于 NASA 旗下的喷气动力实验室，二作来自于 NASA，三作就是 SpaceX 飞控部门的总负责人。这篇论文的意义就是把这个非凸控制问题变成了一个可以被凸优化的问题，让算法效率指数级提升，使得 10Hz 的要求成为可能。这篇论文，可以说以一己之力开启了马斯克的商业航天帝国。

2015 年，猎鹰九号首次陆上着陆取得成功。猎鹰九号的着陆方法被称为 Suicide Burn，就是自杀式降落，因为早一秒开发动机就又飞上去了，晚一秒开就砸下去了。但是他们基于这一篇论文开发的飞控可以在接触无人船的一瞬间把火箭速度精准降为 0，实现精准着陆。

回到题目里的问题，为什么中国不行呢？

注意上面的灰色注释，梅林1D具备多次启动能力，节流水平在 40% - 105% 之间，这是同级引擎里面最大的节流范围。而中国相同水平的 YF-100，不仅推力远大于梅林，节流水平也只有 65% - 105%，还不能多次启动。YF-100 的大推力和中国火箭的高推重比在传统火箭里是个优势，在这里反而成了劣势。更大的推力意味着需要更重的箭体来控制推重比来实现着陆，而这对于火箭性能来说是致命的（但推重比也不是越低越好，而是考虑到算法效率在一个很小的范围内越高越好，但推重比整体要求还是要低的）。

并且，空叉在姿态控制领域也遥遥领先，可以对抗空气阻力对姿态带来的扰动，这是我们目前所欠缺的。

所以，空叉的优势在于找到了那个平衡点，平衡火箭性能和可回收性的平衡点（并且奇迹般地成功设计制造出了那 20+ 的逆天干质比箭体，能用梅林这样的引擎实现不错的入轨能力）。某种意义上，梅林引擎就是为实现可回收而设计的，不像早已立项的 YF-100，设计时可能连可回收这个概念都没有呢。

但是，中国也在追赶。长征十号作为新一代的重型火箭，搭载的 YF-100K/YF-100L 发动机具备了多次启动能力，更重的箭体也能够在 65% - 105% 的节流区间内实现合理的推重比，国内的民营航天企业也验证了着陆算法，预计在 2027 年前后，长征十号首飞之后，中国就能拥有自己的高性能可回收火箭。并且，由于 YF-100K/YF-100L 的各项指标都比梅林1D好一些，所以长十系列在运载能力方面应该能和猎鹰九号和猎鹰重型掰掰手腕了。

并且，从最近一院搞的一系列大动作来看，在姿态控制领域也有突破，所以我相信一切都会好的，虽然差距客观存在，但已经有了减小的苗头。理性乐观吧，同志们。

说完技术性的东西，来说点市场上面的东西。

其实咱们可回收火箭一直不温不火这件事情……其实是可以理解的。

以中国航天的这些任务，对于可回收的需求其实不大。

数数，空间站、探月、探火、北斗、还有那些拿长二长三就能凑合的军星（实践和遥感之类的），偶尔有一些高轨的大家伙。

有可回收省成本的需求吗？没有啊，一方面是重大项目预算管够，另一方面是长二长三确实够便宜，偶尔来一发长五长七还能接受。

直到，马斯克整了个星链开始抢轨道。咱肯定得跟上啊，拿啥打上去呢？

一算，完蛋，马斯克这可以跟中型火箭不要钱一样往上打星链，如果咱们用长二长三这种小火箭打肯定赶不上，用长七打得亏死。

怎么办？一方面上更加便宜的中型火箭（长六甲系列），一方面鼓励民营航天开发可回收火箭。

于是民营公司的可回收火箭就开始纷纷立项了。

注：鄙人学艺不精，如果有任何错误欢迎在评论区指出（能改的我尽量改），谢谢！

另外，各位评论的时候悠着点……

然后，别在这“定体问”了……我不是说了吗……这方面已经在研究了……有这时间看看中国航天报不好吗……