編者按：儘管SpaceX今天和昨天跳票了，儘管2016年1月17日太空探索科技公司（SpaceX）的獵鷹9號一級火箭海上回收不盡如人意，2015年12月21日獵鷹9號火箭進行的第20次發射，實現人類太空軌道運載火箭第一級在陸地的完全可控回收，仍然開創了人類航天歷史的新紀元。當時，SpaceX創始人兼執行長Elon Musk於發射的前15分鐘在SpaceX官方網站上發表了這篇文章，詳細介紹了火箭發射與回收的相關背景知識。
太空中很多東西的運作模式都和人類直覺相違背，因為我們所有的直覺都來自日常生活的經驗積累，因為我們生活在這片空氣厚密、重力穩定、運動相對緩慢的土地上。我們的確看了很多關於太空的電影，但除非你看的是IMAX紀錄片，以太空為題材的電影或多或少都會被人類的直覺誤導。它們有些只有輕微錯誤，比如《火星救援》（好電影！），有的則錯得離譜，比如《紅色星球》（別看這個，你會大傷腦筋的）。
萬有引力永遠不會消失
需領會的最重要的一點是:萬有引力的範圍是無盡的。這有時會給人們一種不真實的印象，不過一旦你知道如何想像它就能很容易地理解這個概念了。把太空想像成一個非常光滑（沒有摩擦力）、被拉伸的床單，有大小不同的物體散落在上面。每一個物體都會在床單上製造一個大小和它自身質量成比例的漏鬥形狀，所以一個小東西就會製造一個很小的漏鬥而一個巨大的物體則會製造一個巨大的漏鬥。
現在，想像把一個彈珠放在那張光滑的床單上——它一定會落入其中一個「漏鬥」。任何一個漏鬥的淺的區域都能延伸到非常非常淺的地方，並且這個區域沒有界限，所以任何有質量的東西都有一個能延伸到宇宙極遠處的引力場，包括你！那麼問題來了，假設你和你的寵物是宇宙中僅有的物體並且你們之間沒有相對運動，即使你們最初相隔了幾百萬光年，你們最終仍會相撞。這就解釋了為什麼速度比距離重要的多。因此不存在「逃逸距離」的說法，只有「逃逸速度」。彈珠不掉進漏鬥的唯一方式是你讓它繞著一個漏鬥旋轉，就像賭場輪盤上的那顆球一樣，這樣便會以漏鬥中心為基準繞軌道運行。
回到現實中，大多數人對萬有引力的印象是，一旦你到達了地球上方的一定海拔，引力（或者說重力）就會消失，這時你開始在「零重力」中漂浮。但是，正如我們剛剛所說，這顯然是錯誤的。引力大小和兩物體重心間的距離成反比。當把重力井想像成漏鬥的話，就完全說得通了——如果你把彈珠從漏鬥中央向外移動2%，它還是會掉入漏鬥中，只是會稍微慢一些。
地球是一個從地表到地心平均距離6371千米（3959英裡）的稍被壓扁的球體。這意味著如果你在一艘盤旋在地球上方100千米的宇宙飛船裡，地心引力也只會以距離的平方為比例減小百分之三！這就是為什麼你在海拔10到15千米的飛機裡或者你在爬山時不會有任何失重的感覺———嚴格來說你確實稍微變輕了些，但這細微的變化不足以被注意到。
速度（如何在宇宙中漂浮）
那麼為什麼太空人能在小於400千米海拔的空間站（地心引力只減小了10%）看似「零重力」般漂浮？這是因為他們其實在以27,000千米每小時（17,000mph）的極快速度繞著地球的「引力漏鬥」運轉，太空人每九十分鐘就完成一次環球旅行！雖然維持太空人（明顯）圓周運動的向外的加速度一直想把他們扔出地球投到太空深處，這個向外的加速度卻正好平衡掉想把他們拉回地球的地心引力所產生的向內的加速度。
動能
幾乎所有二級火箭的分級高度都大約為100千米（上下浮動20千米）。因此，一個火箭助推器是好是壞，關鍵性的性能指標是它能以多快速度將一個多大質量的有效荷載扔出100千米左右。值得注意的是，達到指定速度所需的能量和速度增長的平方成正比。因此，火箭從0km/h加速到到2000km/h所需的能量，是它從0km/h加速到到1000km/h所需能量的四倍，而非兩倍。
至於獵鷹9號火箭在助推階段它能夠將一個125公噸的有效載荷加速至8000km/h，然後降落在海上平臺，或者將該有效載荷加速至5000km/h然後降落回發射地點。第二種情況下火箭的性能指標要低一些，因為火箭以極高速度飛離了發射地點，所以它必須在氮氣姿態推進器的推動下完成一次急轉調頭，然後再次點火，創造一個翻轉的彈道弧，為了再次進入大氣層火箭會重新調整並使引擎指向正確方向以便其著陸時第三次點火燃燒。由於推進燃料是液態的，為防止它在這一過程中進行離心運動，必須要有擋板和內置水槽來將其固定住。外還需要三個不會輕易融化並且在從次音速到超音速的狀態下都能正常運行的軸控平面。
如果在海上平臺著陸，獵鷹9號的性能指標大概是300千焦（GJ）的動能；如果回到發射點著陸，則大約是120千焦。根據地球的標準，這些數字都是相當大的。換種方式說，整個舊金山城市每秒能用去1千焦的電能，那麼獵鷹9號的推進器所轉化的能量可以為一個近百萬人口的城市供電五分鐘。
當你嘗試著理解一臺可重複使用的火箭助推器的價值時，它在以100km為基準的分級高度時發生的動能轉換就尤為重要。這就像一場競賽，100km的高度相當於比賽的起跑線，競賽內容就是火箭助推器動能轉換的大小。
時至今日，SpaceX在可重複利用方面的進展
我們已經用蚱蜢火箭（Grasshoper)這個和獵鷹9號一級火箭相同的測試飛行器進行了多次垂直起降（VTVL）的試飛。這些對確保最終減速算法的正常運行起了重要作用。我們尤其需要證明火箭實現一次艱難的迴轉並以高加速度降落是可行的。前者（即實現迴轉）十分重要，因為火箭在降落前會繼續側向移動，所以我們將這個側向速度清零，後者（以高加速度降落）很重要是因為相比快速降落，緩慢降落需要更多的燃料。以兩倍重力加速度降落的效率是以1.1倍重力加速度降落的6.5倍，而任何小於重力加速度的情況都不算在考慮範圍內。這些測試都成功了，蚱蜢火箭目前被安置在我們德克薩斯州中部的發展與測試部門。
我們本來可以讓加速度高出更多，但如果火箭進入大氣層時的速度矢量不正確，導致無法被安全地從陸地回收，加速度再大也沒有意義。此外，基於我們接下來將進行密集的，完全滿足所有正確條件的，一系列軌道發射，結束陸地回收測試轉換為水上回收測試也合情合理。
第一次在水面上軟著陸的嘗試失敗了，因為我們當時試圖僅用小型姿態推進器去控制火箭。雖然它在龍飛船這樣光滑平直的軀體上試驗成功了，但對於像火箭助推器這樣形狀的東西而言，這只是個沒用的提議罷了。獵鷹火箭當時失控地旋轉著，最後以高速在水中粉碎。
後來我們在火箭的一個X翼上增加了四個柵格翼，從而在峰值可達每平方英尺1.5噸重的高強度氣動壓下實現必要的三次軸控。
這解決了控制問題，於是我們在水中實現了兩次成功的軟著陸。其實火箭的分級高度最高能達到210千米，不過這一點並不是特別重要，而火箭分級時能轉換的最大的動能值是200千焦。
由於防水功能並不在火箭研發的考量範圍內，所以火箭著陸後僅僅七秒左右我們就無法再對其遙感探測。
在無人駁船著陸
很顯然，下一步是建造一個可以固定位置的海上著陸平臺，於是我們建造了一艘全自動的無人駁船，取名為「讀指示就好」(Just Read the Instructions)，這艘無人船提供了一個長250英尺寬150英尺的著陸區域，支柱跨度大約是60英尺，這意味著火箭著陸可能發生的最壞的誤差幅度也小於了支柱跨度。比較棘手的是，獵鷹飛船將在疾風中沿著對角線方向朝著駁船最大程度地減速。不過這和飛機在航空母艦上著陸十分類似，相較於在一般的陸地跑道，失誤發生的可能性就小了很多。
第一次試驗時火箭狠狠地栽在了無人船上並當即爆炸。第二次試驗的確著陸了，但仍屬於硬著陸。兩條著陸腿破壞了船上的著陸點，所以火箭直接翻了然後爆炸。
獵鷹9號已再次更新完善
相較之前的版本，我們相較之前的版本，我們9號（小編註：已於2015年12月21號發射並成功回收）會有更好的表現，這主要要歸功於增加的助推器(boost thrust)，超低溫氧化劑(deep cryo oxidizer)和更高階的引擎鍾。此外，新版本還實現了一系列可靠性的改善，比如備用的分離系統以及更高的結構安全係數。
如果一切順利，我們將成功，發射十一顆軌道衛星，並把火箭助推器一路帶回到卡納維拉爾角空軍基地（Cape Canaveral）第一著陸場（LZ-1）。發射倒計時十五分鐘後開始，所以我得下線了。如果上文出現拼寫錯誤，請原諒。（
校對: Hequn Wang 二校：柯寧）
Elon於2015年12月21日